JP3647365B2 - Substrate unit for liquid discharge head, method for manufacturing the same, liquid discharge head, cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
Substrate unit for liquid discharge head, method for manufacturing the same, liquid discharge head, cartridge, and image forming apparatus Download PDFInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出するための液体吐出ヘッドに用いられる基板ユニットおよびその製造方法ならびにこの基板ユニットを組み込んだ液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドと当該液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜するための液体タンクとを一体化したカートリッジおよびプリント媒体に画像を形成するための画像形成装置に関し、一般的なプリント装置のほか、複写機や通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用可能なほか、捺染装置やエッチングなどの加工装置にも応用することができる。
【0002】
なお、本明細書において、「プリント」または「記録」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像,模様,パターンなどの形成、あるいはエッチングなどの加工をも含む。
【0003】
また、「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙片のみならず、布帛,プラスチックフィルム,金属板,ガラス,セラミックス,木材,皮革など、インクを受容可能なものであり、シート状物体以外の三次元立体、例えば球体や円筒体などもその対象となる。
【0004】
さらに、「液体」とは、上記「プリント(または記録)」の定義と同様広く解釈されるべきものであり、プリント媒体に付与されることによって、画像,模様,パターンなどの形成、またはプリント媒体のエッチング加工、あるいはインクの処理(例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化)などに供されるものを含む。
【0005】
【従来の技術】
現在知られている各種のプリント法のなかでも、プリント時に騒音の発生がほとんどないノンインパクトプリント方法であってかつ高速プリントが可能であり、しかも普通紙に特別の定着処理を必要とせずにプリントを行えるいわゆる液体噴射プリント法(以下、インクジェットプリント法と呼称する)は、極めて有用なプリント方法である。
【0006】
このインクジェットプリント法は、インクやプリント媒体に対するインクのプリント性を調整するための処理液(以下、本明細書ではこれらをまとめて便宜的にインクと呼称する)などのインク滴を種々の作用原理で飛翔させ、これを紙などのプリント媒体に付着させてプリントを行うものであり、特開昭52−118798号公報において提案されているように、その基本原理は以下で概説する通りである。すなわち、このインクジェットプリント法は、インクを収容可能なインク室中に導入されたインクに対し情報信号として熱的パルスを与え、これによりインクの気化膨張に伴って発生する作用力に従って、インク室に連通する吐出口よりインクを吐出してインク滴として飛翔せしめ、これをプリント媒体に付着させてプリントを行う方法である。
【0007】
ところで、この方法は高密度マルチアレイ構成にして高速プリントおよびカラープリントに適合させやすく、プリント装置の構成が従来のそれに比べて簡略であるため、プリントヘッド、つまりインクジェットヘッドとして全体的にはコンパクト化を図ることが可能で、かつ量産に向くこと、半導体分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しいIC技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に利用することで長尺化が容易であることなどの利点があり、適用範囲の広い方法である。
【0008】
このインクジェットプリント法で用いられるインクジェットプリント装置の特徴的なインクジェットヘッドには、吐出口よりインクを吐出して飛翔的インク滴を形成するための熱エネルギー発生手段が設けられている。この熱エネルギー発生手段は、発生する熱エネルギーを効率良くインクに作用させること、インクジェットヘッドの熱作用のオン/オフ応答速度を高めることなどのため、インクに直接接触するように設けられるのが望ましいとされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
基本的に、インクジェットヘッドに設けられる熱エネルギー発生手段は、通電されることによって発熱する発熱抵抗体(電気熱変換素子)層と、この発熱抵抗体層に通電するための一対の電極配線とで構成されているため、発熱抵抗体層が直にインクに接触する状態であると、インクの電気抵抗値によってはインクを通じて電気が流れたり、インクを通じての電気の流れによってインク自体が電気分解したり、あるいは発熱抵抗体層への通電の際に発熱抵抗体層とインクとが反応し、発熱抵抗体層の腐食による抵抗値の変化や発熱抵抗体層の破損あるいは破壊が生じたりする場合があった。
【0010】
そのために、従来においては、Ni,Crなどの合金や、ZrB2,HfB2などの金属ホウ化物などを発熱抵抗材料としての特性に比較的に優れた無機材料で発熱抵抗体層を構成すると共に、これらで構成された発熱抵抗体層上にSiO2などの耐酸化性に優れた材料で構成された保護層を設けることで発熱抵抗体層がインクに直に接触するのを防止し、上述した問題を解決し、信頼性および繰り返し使用耐久性の向上を図ろうとすることが提案されている。
【0011】
ところで、このようなインクジェットヘッドの熱エネルギー発生手段を形成するに際しては、発熱抵抗体層を所定の基板上に形成した後、電極配線および保護層を順次積層していくのが一般的であり、このような熱エネルギー発生手段の保護層には、上記のような発熱抵抗体層の破損防止あるいは電極配線間の短絡防止などの保護層としての各種の機能を十分に果たすべく、これら発熱抵抗体層や電極配線の所要部をピンホールなどの欠陥を有することなく一様に被覆することが要求される。
【0012】
さらにこの保護層の上には、保護層とインクとが完全に遮断されるように、第2の比較的薄い保護層を設けることが一般的に行われる。この保護層は、Taなどの金属の薄膜をスパッタリングで成膜するのが一般的である。この第2保護層を設けることにより、SiO2,SiNなどの下部第1保護層が、発熱抵抗体による熱発生の繰り返しにより亀裂などが生じたとしても、インクの侵入を防止する役割を果たしている。また、発泡および消泡の繰り返しによるキャビテーション保護の役割も果たしており、この第2保護層を設けることにより、反復使用耐久性の向上が計られてきた。
【0013】
しかし、この第2保護層は下部第1保護層との膜応力が異なることに起因して下部第1保護層に亀裂を生じさせる原因となるため、基板表面のインクが介在しない領域は、エッチング法により第2保護層を除去することが一般的に行われる。
【0014】
また、吐出口を形成する吐出口形成部材として樹脂を用いた場合、Taなどの第2保護層は吐出口形成部材との密着性が極めて低いため、吐出口形成部材が第2保護層から剥離してしまうことがあった。そこで、Taなどの第2保護層が形成された基板と吐出口形成部材との密着性を向上させるために、基板と吐出口形成部材との間に密着層としてポリエーテルアミド樹脂を介在させる提案がされている(特開平11−348290号公報)。
【0015】
また、このようなインクジェットヘッドは、前述したように、一般には電極配線が発熱抵抗体層の上に形成されるため、電極配線と発熱抵抗体層との間に段差が生じるが、このような段差部には、層厚の不均一などが発生し易いため、露出部分を生じることのないようにするため、段差を十分に覆うように層形成を実施せねばならない。このような段差部被覆(以下、これを「ステップカバレージ」と記述する)が不十分な状態では、発熱抵抗体層の露出部分とインクとが直に接触し、インクが電気分解されたり、インクと発熱抵抗体層を構成する材料とが化学反応を起こしたりして発熱抵抗体層が破壊されてしまうことがあった。しかも、このような段差部には、膜厚の不均一なども生じやすく、このような膜厚の不均一は、熱発生の繰り返しによって保護層に生じる熱応力の部分集中を招き、保護層に亀裂を生じる原因ともなり、この亀裂の部分にインクが侵入し、上記のような発熱抵抗体層の破壊に至ることもあった。さらには、ピンホールからインクが侵入して発熱抵抗体層が破壊されることもあった。
【0016】
従来、このような問題の解決にあたっては、保護層の膜厚を厚くし、ステップカバレージの向上やピンホールの減少を図ることが一般に行われているが、保護層を厚くすることは、ステップカバレージやピンホールの減少に寄与するものの、保護層を厚くすることによってインクへの熱供給が阻害され、以下のような新たな問題を生じることになった。
【0017】
すなわち、発熱抵抗体層に発生する熱は保護層を通じてインクに伝達される訳であるが、この熱の作用面であるところの保護層表面と発熱抵抗体層との間の熱的抵抗が保護層の層厚を厚くすることで大きくなり、このため発熱抵抗体層に必要以上の電力負荷をかける必要が生じ、少電力化の点で不利であり、必要以上の熱が基板に蓄熱されて熱応答性が悪くなり、必要以上の電力のため発熱抵抗体層の耐久性が悪くなるなどの問題を新たに生ずる。
【0018】
このような問題は、保護層を薄くすれば克服できるのであるが、保護層の形成に例えばスパッタリングあるいは蒸着などの膜形成方法を用いる従来のインクジェットヘッドの製造方法では、ステップカバレージの不良などのため、前述のような耐久上の欠点が生じ、保護層を薄くすることが実質的に困難であった。
【0019】
また、上記の如きインクジェットヘッドにおけるプリントの際には、一般にはインクの急速加熱を行うほどインクの発泡安定性が向上することが知られている。すなわち、熱エネルギー発生手段に印加する電気信号、一般には矩形の延期パルスであるが、このパルス幅を短くすればするほどインクの発泡安定性が良くなり、これによって飛翔インク滴の吐出安定性が向上してプリント品位が向上するのである。しかしながら、従来のインクジェットヘッドにおいては、前述の如く保護層の膜厚を厚くしなければならず、このため保護層の熱的抵抗が大きくなって必要以上の熱を熱エネルギー発生手段で発生させねばならず、耐久性の劣化や熱応答性の低下を生じる。このため、パルス幅を短くするのも困難であり、プリント品位の向上にはおのずと限度があった。
【0020】
さらに、従来のインクジェットヘッドの基板側の断面構造を表す図20に示すように、基板11の表面部に形成された酸化層12の表面に発熱抵抗体層13をスパッタリング法により積層し、この発熱抵抗体層13と接続する少なくとも一対の電極配線14a,14bを形成する。なお、15は電極配線14a,14bにより形成されて発熱抵抗体層13から立ち上がる段差部である。
【0021】
このような構成では、前述したように第2保護層16で覆われる下部第1保護層17にピンホールなどの欠陥を生じ易く、特に段差部15では電極配線14a,14bが露出し易いため、段差部15を十分に覆うように下部第1保護層17の膜厚を必要以上に厚く (通常は、電極配線14a,14bの膜厚の2倍以上)しなければならなかった。
【0022】
このようなことから、下部第1保護層17の膜厚をステップカバレージを悪くすることなく薄くする提案がなされてきた。例えば、特開昭60−234850号公報は下部第1保護層17の成膜方法としてステップカバレージの良好なバイアススパッタが提案されており、特開昭62−45283号公報、45237号公報は下部第1保護層17を成膜後、エッチバックやスパッタエッチなどでステップの形状を変えてステップカバレージを改善することが提案されており、特開昭62−45286号公報は保護膜をリフローすることによってステップカバレージを向上させることが提案されている。
【0023】
しかしながら、バイアススパッタは膜厚安定性が悪く、また、ターゲット周りからのごみの発生などの欠点がある。また、エッチバック、スパッタエッジ、リフローなどの方法は工程数の増加を招きコストアップの原因となる。
【0024】
その他の方法として、従来のインクジェットヘッドの基板の部分の断面構造を表す図21に示すように、電極配線14a,14bの断面形状をテーパ形状として保護膜15のステップカバレージを改善することがHPジャーナル1985年5月号にて提案されている。また、アルカリ性溶液である現像液を用い、電極配線14a,14bと同時にレジストをもエッチングをすることも提案されている。なお、図中の符号で先の図20と同一機能の部材にはこれと同一符号を記してある。
【0025】
しかしながら、これらの方法によると段差部15のテーパ形状の場所による均一性、再現性などが悪く、特に大型の基板11などの場合には不利である。特に段差部15のテーパ形状の場所による均一性が悪い場合には、以下に記載する問題が発生する。
【0026】
すなわち、段差部15のテーパ角度が急な場所では、ステップカバレージが不十分となり前述したような問題が発生する。また、テーパ角度が緩い場所では、電極配線14a,14bの幅および断面積が小さくなって他の部分よりも電気抵抗が高くなっているため、インクジェットヘッド内における配線抵抗のばらつきを生じ、プリント装置として構成した場合のプリント品位などに悪影響を与えるという問題が発生する。
【0027】
また、その他の方法として、従来のインクジェットヘッドの基板の部分の断面構造を表す図22に示すように、発熱抵抗体層13上の保護膜15を選択的に薄くする方法も実用化されており、図中の符号で先の図20と同一機能の部材にはこれと同一符号を記してある。
【0028】
しかしながら、この方法は電極配線14a,14bを形成した後の絶縁物である保護膜15a,15bの形成工程が2回必要になることと、選択的に薄膜化する領域をフォトマスクを使用して露光しなければならず、工程数の増加を招く。また、発熱領域の内側を選択的に薄膜化するため、外周部において、熱効率が悪いという欠点も有している。
【0029】
【発明の目的】
本発明の目的は、発熱抵抗体上部の第1保護層を可能な限り薄くすると共に発熱抵抗体の電極配線および配線層の膜厚を薄くし、第1保護層および配線層にダメージを与えることなく第2保護層を除去することにより、インクの急速加熱による発泡安定性を向上させると同時に耐久性を高めた液体吐出ヘッド用基板ユニットを提供することにある。
【0030】
本発明の他の目的は、このような液体吐出基板ユニットを組み込んだ、Taなどの保護層が露出している基板と吐出口形成部材との密着性をより一層高めた信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することにある。
【0031】
本発明のさらに他の目的は、このような液体吐出ヘッド用基板ユニットの製造方法およびカートリッジおよび画像形成装置を提供することにある。
【0032】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の形態は、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる基板ユニットであって、基板の表面部に形成されて熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に導通するように前記基板の表面部に形成される一対の電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを具え、前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とするものである。
【0033】
本発明によると、第1保護層が成膜工程の追加やマスクの使用を増やすことなく、均一な薄い膜厚に形成され、電極配線により形成されて基板の表面から立ち上がる段差部における第1保護層のカバレージ性が良好に保たれる。
【0034】
本発明の第2の形態は、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる基板ユニットの製造方法であって、基板の表面に、熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子を形成するステップと、該電気熱変換素子に導通するように一対の電極配線を前記基板の表面部に形成するステップと、前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う2600〜3400Åの厚みの第1保護層を前記基板の表面部のほぼ全域に形成するステップと、前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層を前記第1保護層の表面にドライエッチングにて形成することにより、該第2保護層によって覆われていない前記第1保護層の部分の厚みを当該第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄くするステップとを具え、前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあることを特徴とするものである。
【0035】
本発明によると、ドライエッチングにより第2保護層を形成する際に、電気熱変換素子および一対の電極配線に対する損傷が防止される。
【0036】
本発明の第3の形態は、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを具え、前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とするものである。
【0037】
本発明の第4の形態は、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドを有するカートリッジであって、
基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う厚みの第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを有する液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜するための液体タンクとを具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とするものである。
【0038】
本発明の第5の形態は、液体に熱エネルギーを付与して膜沸騰を生じさせ、これによって吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置であって、
基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および前記電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを有する前記液体吐出ヘッドの取り付け部を具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とするものである。
【0039】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の形態による液体吐出ヘッド用基板ユニットにおいて、一対の電極配線の厚みが2000〜2200Åの範囲にあることが好ましく、第2保護層によって覆われていない第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みと、第2保護層によって覆われた第1保護層の部分の厚みとの差が100〜200Åの範囲にあってよい。また、第1保護層の厚みが一対の電極配線の厚みの1.08倍以上であってよい。
【0040】
本発明の第2の形態による液体吐出ヘッド用基板ユニットの製造方法において、第2保護層をドライエッチングによって形成する際に、第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分のエッチングされる厚みを100〜200Åの範囲にすることができる。
【0041】
本発明の第3の形態による液体吐出ヘッドにおいて、吐出口を形成する吐出口形成部材をさらに設け、この吐出口形成部材を第2保護層の一部および第2保護層によって覆われていない第1保護層の一部および第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分に密着層を介して接合するようにしてもよい。この場合、第2保護層によって覆われた第1保護層の部分と、第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分との境界部近傍における第1保護層および第2保護層の部分がテーパ形状を有することが好ましく、このテーパ形状は、第2保護層のテーパ形状の角度よりも第1保護層のテーパ形状の角度の方が傾斜が緩やかであることがより好ましい。密着層がポリエーテルアミド樹脂であってよく、このポリエーテルアミド樹脂が熱可塑性であってよい。吐出口形成部材が樹脂であってよく、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物により形成されていてもよい。吐出口を電気熱変換素子の対向する側に設けることもでき、吐出口を相互に平行に少なくとも2列形成し、それぞれ600dpiの間隔で配列すると共に列毎のこれらの配列間隔を相互に半ピッチずらしたものであってよい。さらに、液体がインクやプリント媒体に吐出されるこのインクのプリント性を調整する処理液であってよく、電気熱変換素子に与えられる駆動パルスによって吐出される吐出口からの液体の1回当たりの吐出量が5ピコリットル以下であってよい。
【0042】
本発明の第4の形態によるカートリッジにおいて、液体タンクが液体吐出ヘッドに対して着脱可能に搭載されるものであってもよい。また、液体吐出ヘッドは吐出口が形成された吐出口形成部材をさらに有し、この吐出口形成部材を第2保護層の一部および第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分に密着層を介して接合するようにしてもよい。
【0043】
本発明の第5の形態による画像形成装置において、液体吐出ヘッドの取り付け部は、液体吐出ヘッドから液体が吐出されるプリント媒体の搬送方向と交差する方向に走査移動可能なキャリッジを有するものであってよい。また、液体吐出ヘッドは着脱手段を介してキャリッジに対して着脱自在に搭載されるものであってよい。液体吐出ヘッドは、吐出口が形成された吐出口形成部材をさらに有し、この吐出口形成部材を第2保護層の一部および第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分に密着層を介して接合するようにしてもよい。
【0044】
【実施例】
本発明をインクジェットプリンタに応用した実施形態について、図1〜図19を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術に応用したりすることができる。
【0045】
[装置本体]
図1および図2にインクジェット記録方式を用いたプリンタの概略構成を示す。図1において、この実施形態におけるプリンタの外殻をなす装置本体M1000は、下ケースM1001,上ケースM1002,アクセスカバーM1003および排出トレイM1004の外装部材と、その外装部材内に収納されたシャーシM3019(図2参照)とから構成される。
【0046】
シャーシM3019は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材によって構成され、記録装置の骨格をなし、後述の各記録動作機構を保持するものとなっている。
【0047】
また、下ケースM1001は装置本体M1000の略下半部を、上ケースM1002は装置上本体M1000の略上半部をそれぞれ形成しており、両ケースの組合せによって内部に後述の各機構を収納する収納空間を有する中空体構造をなし、その上面部および前面部にはそれぞれ開口部が形成されている。
【0048】
さらに、排出トレイM1004はその一端部が下ケースM1001に回転自在に保持され、その回転によって下ケースM1001の前面部に形成される開口部を開閉させ得るようになっている。このため、記録動作を実行させる際には、排出トレイM1004を前面側へと回転させて開口部を開成させることにより、ここから記録シートが排出可能となると共に排出された記録シートPを順次積載し得るようになっている。また、排紙トレイM1004には、2枚の補助トレイM1004a,M1004bが収納されており、必要に応じて各トレイを手前に引き出すことにより、用紙の支持面積を3段階に拡大、縮小させ得るようになっている。
【0049】
アクセスカバーM1003は、その一端部が上ケースM1002に回転自在に保持され、上面に形成される開口部を開閉し得るようになっており、このアクセスカバーM1003を開くことによって本体内部に収納されている記録ヘッドカートリッジH1000あるいはインクタンクH1900等の交換が可能となる。なお、ここでは特に図示しないが、アクセスカバーM1003を開閉させると、その裏面に形成された突起がカバー開閉レバーを回転させるようになっており、そのレバーの回転位置をマイクロスイッチなどで検出することにより、アクセスカバーの開閉状態を検出し得るようになっている。
【0050】
また、上ケースM1002の後部上面には、電源キーE0018およびレジュームキーE0019が押下可能に設けられると共に、LED E0020が設けられており、電源キーE0018を押下すると、LED E0020が点灯し記録可能であることをオペレータに知らせるものとなっている。また、LED E0020は点滅の仕方や色の変化をさせたり、ブザーE0021(図7)をならしたりすることにより、プリンタのトラブル等をオペレータに知らせる等種々の表示機能を有する。なお、トラブル等が解決した場合には、レジュームキーE0019を押下することによって記録が再開されるようになっている。
【0051】
[記録動作機構]
次に、上記プリンタの装置本体M1000に収納、保持される本実施形態における記録動作機構について説明する。
【0052】
本実施形態における記録動作機構としては、記録シートPを装置本体内へと自動的に給送する自動給送部M3022と、自動給送部から1枚ずつ送出される記録シートPを所望の記録位置へと導くと共に、記録位置から排出部M3030へと記録シートPを導く搬送部M3029と、搬送部M3029に搬送された記録シートPに所望の記録を行う記録部と、記録部等に対する回復処理を行う回復部M5000とから構成されている。
【0053】
(記録部)
ここで、記録部を説明する。
キャリッジ軸M4021によって移動可能に支持されたキャリッジM4001と、このキャリッジM4001に着脱可能に搭載される記録ヘッドカートリッジH1000とからなる。
【0054】
記録ヘッドカートリッジ
まず、記録ヘッドカートリッジについて図3〜5に基づき説明する。
【0055】
この実施形態における記録ヘッドカートリッジH1000は、図3に示すようにインクを貯留するインクタンクH1900と、このインクタンクH1900から供給されるインクを記録情報に応じてノズルから吐出させる記録ヘッドH1001とを有し、記録ヘッドH1001は、後述するキャリッジM4001に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採るものとなっている。
【0056】
ここに示す記録ヘッドカートリッジH1000では、写真調の高画質なカラー記録を可能とするため、インクタンクとして、例えばブラック,ライトシアン,ライトマゼンタ,シアン,マゼンタおよびイエローの各色独立のインクタンクが用意されており、図4に示すように、それぞれが記録ヘッドH1001に対して着脱自在となっている。
【0057】
そして、記録ヘッドH1001は、図5の分解斜視図に示すように、記録素子基板H1100,第1のプレートH1200,電気配線基板H1300,第2のプレートH1400,タンクホルダH1500,流路形成部材H1600,フィルタH1700,シールゴムH1800から構成されている。
【0058】
記録素子基板H1100には、Si基板の片面にインクを吐出するための複数の記録素子と、各記録素子に電力を供給するAl等の電気配線とが成膜技術により形成され、この記録素子に対応した複数のインク流路と複数の吐出口H1100Tとがフォトリソグラフィ技術により形成されると共に、複数のインク流路にインクを供給するためのインク供給口が裏面に開口するように形成されている。また、記録素子基板H1100は第1のプレートH1200に接着固定されており、ここには、記録素子基板H1100にインクを供給するためのインク供給口H1201が形成されている。さらに、第1のプレートH1200には、開口部を有する第2のプレートH1400が接着固定されており、この第2のプレートH1400は、電気配線基板H1300と記録素子基板H1100とが電気的に接続されるよう、電気配線基板H1300を保持している。この電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板H1100に対応する電気配線と、この電気配線端部に位置し本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301とを有しており、外部信号入力端子H1301は、後述のタンクホルダH1500の背面側に位置決め固定されている。
【0059】
一方、インクタンクH1900を着脱可能に保持するタンクホルダH1500には、流路形成部材H1600が超音波溶着され、インクタンクH1900から第1のプレートH1200に亙るインク流路H1501を形成している。また、インクタンクH1900と係合するインク流路H1501のインクタンク側端部には、フィルタH1700が設けられており、外部からの塵埃の侵入を防止し得るようになっている。また、インクタンクH1900との係合部にはシールゴムH1800が装着され、係合部からのインクの蒸発を防止し得るようになっている。
【0060】
さらに、前述のようにタンクホルダH1500,流路形成部材H1600,フィルタH1700およびシールゴムH1800から構成されるタンクホルダ部と、記録素子基板H1100,第1のプレートH1200,電気配線基板H1300および第2のプレートH1400から構成される記録素子部とを接着等で結合することにより、記録ヘッドH1001を構成している。
【0061】
キャリッジ
次に、図2に基づきキャリッジM4001を説明する。
【0062】
図示のように、キャリッジM4001には、キャリッジM4001と係合し、記録ヘッドH1001をキャリッジM4001の装着位置に案内するためのキャリッジカバーM4002と、記録ヘッドH1001のタンクホルダH1500と係合し記録ヘッドH1001を所定の装着位置にセットさせるよう押圧するヘッドセットレバーM4007とが設けられている。
【0063】
すなわち、ヘッドセットレバーM4007はキャリッジM4001の上部にヘッドセットレバー軸に対して回動可能に設けられると共に、記録ヘッドH1001との係合部には不図示のヘッドセットプレートがばねを介して備えられ、このばね力によって記録ヘッドH1001を押圧しながらキャリッジM4001に装着する構成となっている。
【0064】
また、キャリッジM4001の記録ヘッドH1001との別の係合部にはコンタクトフレキシブルプリントケーブル(以下、コンタクトFPCと称す)E0011が設けられ、コンタクトFPC E0011上のコンタクト部と記録ヘッドH1001に設けられたコンタクト部(外部信号入力端子)H1301とが電気的に接触し、記録のための各種情報の授受や記録ヘッドH1001への電力の供給などを行い得るようになっている。
【0065】
ここでコンタクトFPC E0011のコンタクト部とキャリッジM4001との間には不図示のゴムなどの弾性部材が設けられ、この弾性部材の弾性力とヘッドセットレバーばねによる押圧力とによってコンタクト部とキャリッジM4001との確実な接触を可能とするようになっている。さらにコンタクトFPC E0011はキャリッジM4001の背面に搭載されたキャリッジ基板E0013に接続されている(図7参照)。
【0066】
[スキャナ]
この実施形態におけるプリンタは、記録ヘッドを示すようなスキャナと交換することで読取装置としても使用することができる。
【0067】
このスキャナは、プリンタ側のキャリッジと共に移動し、記録媒体に代えて給送された原稿画像を副走査方向において読み取るようになっており、その読み取り動作と原稿の給送動作とを交互に行うことにより、1枚の原稿画像情報を読み取るようになっている。
【0068】
図6はこのスキャナM6000の概略構成を示す図である。
【0069】
図示のように、スキャナホルダM6001は箱型形状をなしており、その内部には読み取りに必要な光学系・処理回路などが収納されている。また、このスキャナM6000をキャリッジM4001へと装着した時、原稿面と対面する部分にはスキャナ読取レンズM6006が設けられており、ここから原稿画像を読み取るようになっている。スキャナ照明レンズM6005は内部に不図示の光源を有し、その光源から発せられた光が原稿へと照射される。
【0070】
スキャナホルダM6001の底部に固定されたスキャナカバーM6003は、スキャナホルダM6001内部を遮光するように嵌合し、側面に設けられたルーバー状の把持部によってキャリッジM4001への着脱操作性の向上を図っている。スキャナホルダM6001の外形形状は記録ヘッドH1001と略同形状であり、キャリッジM4001へは記録ヘッドカートリッジH1000と同様の操作で着脱することができる。
【0071】
また、スキャナホルダM6001には、処理回路を有する基板が収納される一方、この基板に接続されたスキャナコンタクトPCBが外部に露出するよう設けられており、キャリッジM4001へとスキャナM6000を装着した際、スキャナコンタクトPCB M6004がキャリッジM4001側のコンタクトFPC E0011に接触し、基板を、キャリッジM4001を介して本体側の制御系に電気的に接続させるようになっている。
【0072】
次に、本発明の実施形態における電気的回路構成を説明する。
【0073】
図7は、この実施形態における電気的回路の全体構成を概略的に示す図である。
【0074】
この実施形態における電気的回路は、主にキャリッジ基板(CRPCB)E0013,メインPCB(Printed Circuit Board)E0014,電源ユニットE0015等によって構成されている。
【0075】
ここで、電源ユニットはメインPCB E0014と接続され、各種駆動電源を供給するものとなっている。
【0076】
また、キャリッジ基板E0013は、キャリッジM4001(図2)に搭載されたプリント基板ユニットであり、コンタクトFPC E0011を通じて記録ヘッドとの信号の授受を行うインタフェースとして機能する他、キャリッジM4001の移動に伴ってエンコーダセンサE0004から出力されるパルス信号に基づき、エンコーダスケールE0005とエンコーダセンサE0004との位置関係の変化を検出し、その出力信号をフレキシブルフラットケーブル(CRFFC)E0012を通じてメインPCB E0014へと出力する。
【0077】
さらに、メインPCBはこの実施形態におけるインクジェット記録装置の各部の駆動制御を司るプリント基板ユニットであり、紙端検出センサ(PEセンサ)E0007,ASFセンサE0009,カバーセンサE0022,パラレルインタフェース(パラレルI/F)E0016,シリアルインタフェース(シリアルI/F)E0017,レジュームキーE0019,LED E0020,電源キーE0018,ブザーE0021等に対するI/Oポートを基板上に有し、さらにCRモータE0001,LFモータE0002,PGモータE0003と接続されてこれらの駆動を制御する他、インク切れセンサE0006,GAPセンサE0008,PGセンサE0010,CRFFC E0012,電源ユニットE0015との接続インタフェースを有する。
【0078】
図8は、メインPCBの内部構成を示すブロック図である。
【0079】
図において、E1001はCPUであり、このCPU E1001は内部にオシレータOSC E1002を有すると共に、発振回路E1005に接続されてその出力信号E1019によりシステムクロックを発生する。また、制御バスE1014を通じてROM E1004およびASIC(Application Specific Integrated Circuit)E1006に接続され、ROMに格納されたプログラムに従って、ASICの制御,電源キーからの入力信号E1017およびレジュームキーからの入力信号E1016,カバー検出信号E1042,ヘッド検出信号(HSENS)E1013の状態の検知を行い、さらにブザー信号(BUZ)E1018によりブザーE0021を駆動し、内蔵されるA/DコンバータE1003に接続されるインク切れ検出信号(INKS)E1011およびサーミスタ温度検出信号(TH)E1012の状態の検知を行う一方、その他各種論理演算・条件判断等を行い、インクジェット記録装置の駆動制御を司る。
【0080】
ここで、ヘッド検出信号E1013は、記録ヘッドカートリッジH1000からフレキシブルフラットケーブルE0012,キャリッジ基板E0013およびコンタクトフレキシブルプリントケーブルE0011を介して入力されるヘッド搭載検出信号であり、インクエンド検出信号はインクエンドセンサE0006から出力されるアナログ信号、サーミスタ温度検出信号E1012はキャリッジ基板E0013上に設けられたサーミスタ(図示せず)からのアナログ信号である。
【0081】
E1008はCRモータドライバであって、モータ電源(VM)E1040を駆動源とし、ASIC E1006からのCRモータ制御信号E1036に従ってCRモータ駆動信号E1037を生成し、CRモータE0001を駆動する。E1009はLF/PGモータドライバであって、モータ電源E1040を駆動源とし、ASIC E1006からのパルスモータ制御信号(PM制御信号)E1033に従ってLFモータ駆動信号E1035を生成し、これによってLFモータを駆動すると共に、PGモータ駆動信号E1034を生成してPGモータを駆動する。
【0082】
E1010は電源制御回路であり、ASIC E1006からの電源制御信号E1024に従って発光素子を有する各センサ等への電源供給を制御する。パラレルI/F E0016は、ASIC E1006からのパラレルI/F信号E1030を、外部に接続されるパラレルI/FケーブルE1031に伝達し、またパラレルI/FケーブルE1031の信号をASIC E1006に伝達する。シリアルI/F E0017は、ASIC E1006からのシリアルI/F信号E1028を、外部に接続されるシリアルI/FケーブルE1029に伝達し、また同ケーブルE1029からの信号をASIC E1006に伝達する。
【0083】
一方、電源ユニットE0015からは、ヘッド電源(VH)E1039,モータ電源(VM)E1040およびロジック電源(VDD)E1041が供給される。また、ASIC E1006からのヘッド電源ON信号(VHON)E1022およびモータ電源ON信号(VMOM)E1023が電源ユニットE0015に入力され、それぞれヘッド電源E1039およびモータ電源E1040のオン/オフを制御する。電源ユニットE0015から供給されたロジック電源(VDD)E1041は、必要に応じて電圧変換された上で、メインPCB E0014内外の各部へ供給される。
【0084】
またヘッド電源E1039は、メインPCB E0014上で平滑された後にフレキシブルフラットケーブルE0011へと送出され、記録ヘッドカートリッジH1000の駆動に用いられる。
【0085】
E1007はリセット回路で、ロジック電源電圧E1040の低下を検出して、CPU E1001およびASIC E1006にリセット信号(RESET)E1015を供給し、初期化を行う。
【0086】
このASIC E1006は1チップの半導体集積回路であり、制御バスE1014を通じてCPU E1001によって制御され、前述したCRモータ制御信号E1036,PM制御信号E1033,電源制御信号E1024,ヘッド電源ON信号E1022およびモータ電源ON信号E1023等を出力し、パラレルI/F E0016およびシリアルI/F E0017との信号の授受を行う他、PEセンサE0007からのPE検出信号(PES)E1025,ASFセンサE0009からのASF検出信号(ASFS)E1026,GAPセンサE0008からのGAP検出信号(GAPS)E1027,PGセンサE0007からのPG検出信号(PGS)E1032の状態を検知し、その状態を表すデータを制御バスE1014を通じてCPU E1001に伝達し、入力されたデータに基づきCPU E1001はLED駆動信号E1038の駆動を制御してLED E0020の点滅を行う。さらに、エンコーダ信号(ENC)E1020の状態を検知してタイミング信号を生成し、ヘッド制御信号E1021で記録ヘッドカートリッジH1000とのインタフェースをとって記録動作を制御する。ここにおいて、エンコーダ信号(ENC)E1020はフレキシブルフラットケーブルE0012を通じて入力されるCRエンコーダセンサE0004の出力信号である。また、ヘッド制御信号E1021は、フレキシブルフラットケーブルE0012,キャリッジ基板E0013およびコンタクトFPC E0011を経て記録ヘッドH1000に供給される。
【0087】
図9は、ASIC E1006の内部構成を示すブロック図である。なお、同図において、各ブロック間の接続については、記録データやモータ制御データ等、ヘッドや各部機構部品の制御にかかわるデータの流れのみを示しており、各ブロックに内蔵されるレジスタの読み書きに係わる制御信号やクロック、DMA制御にかかわる制御信号などは図面上の記載の煩雑化を避けるため省略している。
【0088】
図中、E2002はPLLであり、図9に示すようにCPU E1001から出力されるクロック信号(CLK)E2031およびPLL制御信号(PLLON)E2033により、ASIC E1006内の大部分へと供給するクロック(図示しない)を発生する。
【0089】
また、E2001はCPUインタフェース(CPUI/F)であり、リセット信号E1015,CPU E1001から出力されるソフトリセット信号(PDWN)E2032,クロック信号(CLK)E2031および制御バスE1014からの制御信号により、以下に説明するような各ブロックに対するレジスタ読み書き等の制御や、一部ブロックへのクロックの供給,割り込み信号の受け付け等(いずれも図示しない)を行い、CPU E1001に対して割り込み信号(INT)E2034を出力し、ASIC E1006内部での割り込みの発生を知らせる。
【0090】
また、E2005はDRAMであり、記録用のデータバッファとして、受信バッファE2010,ワークバッファE2011,プリントバッファE2014および展開用データバッファE2016などの各領域を有すると共に、モータ制御用としてモータ制御バッファE2023を有し、さらにスキャナ動作モード時に使用するバッファとして、上記の各記録用データバッファに代えてスキャナ取込みバッファE2024,スキャナデータバッファE2026および送出バッファE2028などの領域を有する。
【0091】
また、このDRAM E2005は、CPU E1001の動作に必要なワーク領域としても使用されている。すなわち、E2004はDRAM制御部であり、制御バスによるCPU E1001からDRAM E2005へのアクセスと、後述するDMA制御部E2003からDRAM E2005へのアクセスとを切り替えて、DRAM E2005への読み書き動作を行う。
【0092】
DMA制御部E2003では、各ブロックからのリクエスト(図示せず)を受け付け、アドレス信号や制御信号(図示せず),書込み動作の場合には書込みデータ(E2038,E2041,E2044,E2053,E2055およびE2057)などをRAM制御部に出力してDRAMアクセスを行う。また読み出しの場合には、DRAM制御部E2004からの読み出しデータ(E2040,E2043,E2045,E2051,E2054,E2056,E2058およびE2059)をリクエスト元のブロックに受け渡す。
【0093】
また、E2006は1284I/Fであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、パラレルI/F E0016を通じて図示しない外部ホスト機器との双方向通信インタフェースを行う他、記録時にはパラレルI/F E0016からの受信データ(PIF受信データE2036)をDMA処理によって受信制御部E2008へと受け渡し、スキャナ読み取り時にはDRAM E2005内の送出バッファE2028に格納されたデータ(1284送信データ(RDPIF)E2059)をDMA処理によりパラレルI/Fに送信する。
【0094】
E2007はUSBI/Fであり、CPUI/F E2001を介したCPUE1001の制御により、シリアルI/F E0017を通じて、図示しない外部ホスト機器との双方向通信インタフェースを行う他、印刷時にはシリアルI/F E0017からの受信データ(USB受信データE2037)をDMA処理により受信制御部E2008に受け渡し、スキャナ読み取り時にはDRAM E2005内の送出バッファE2028に格納されたデータ(USB送信データ(RDUSB)E2058)をDMA処理によりシリアルI/F E0017に送信する。受信制御部E2008は、1284I/F E2006またはUSBI/F E2007のうちの選択されたI/Fからの受信データ (WDIF)E2038)を受信バッファ制御部E2039の管理する受信バッファ書込みアドレスに書込む。
【0095】
E2009は圧縮・伸長DMAであり、CPUI/F E2001を介したCPUE1001の制御により、受信バッファE2010上に格納された受信データ(ラスタデータ)を受信バッファ制御部E2039の管理する受信バッファ読み出しアドレスから読み出し、そのデータ(RDWK)E2040を指定されたモードに従って圧縮・伸長し、記録コード列(WDWK)E2041としてワークバッファ領域に書込む。
【0096】
E2013は記録バッファ転送DMAであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1007の制御によりワークバッファE2011上の記録コード(RDWP)E2043を読み出し、各記録コードを記録ヘッドカートリッジH1000へのデータ転送順序に適するようなプリントバッファE2014上のアドレスに並べ替えて転送(WDWP E2044)する。また、E2012はワーククリアDMAであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御によって記録バッファ転送DMA E2015による転送が完了したワークバッファ上の領域に対し、指定したワークフィルデータ(WDWF)E2042を繰返し書込む。
【0097】
E2015は記録データ展開DMAであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、ヘッド制御部E2018からのデータ展開タイミング信号E2050をトリガとして、プリントバッファ上に並べ替えて書込まれた記録コードと展開用データバッファE2016上に書込まれた展開用データとを読み出し、展開記録データ(RDHDG)E2045を生成し、これをカラムバッファ書込みデータ(WDHDG)E2047としてカラムバッファE2017に書込む。ここで、カラムバッファE2017は、記録ヘッドカートリッジH1000へと転送データ(展開記録データ)とを一時的に格納するSRAMであり、記録データ展開DMAとヘッド制御部とのシェークハンド信号(図示せず)によって両ブロックにより共有管理されている。
【0098】
E2018はヘッド制御部で、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、ヘッド制御信号を介して記録ヘッドカートリッジH1000またはスキャナとのインタフェースを行う他、エンコーダ信号処理部E2019からのヘッド駆動タイミング信号E2049に基づき、記録データ展開DMAに対してデータ展開タイミング信号E2050の出力を行う。
【0099】
また、印刷時には、ヘッド駆動タイミング信号E2049に従って、カラムバッファから展開記録データ(RDHD)E2048を読み出し、そのデータをヘッド制御信号E1021を通じて記録ヘッドカートリッジH1000に出力する。
【0100】
また、スキャナ読み取りモードにおいては、ヘッド制御信号E1021を通して入力された取込みデータ(WDHD)E2053をDRAM E2005上のスキャナ取込みバッファE2024へとDMA転送する。E2025はスキャナデータ処理DMAであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、スキャナ取込みバッファE2024に蓄えられた取込みバッファ読み出しデータ(RDAV)E2054を読み出し、平均化等の処理を行った処理済データ(WDAV)E2055をDRAM E2005上のスキャナデータバッファE2026に書込む。
【0101】
E2027はスキャナデータ圧縮DMAであり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、スキャナデータバッファE2026上の処理済データ(RDYC)E2056を読み出してデータ圧縮を行い、圧縮データ(WDYC)E2057を送出バッファE2028に書込み転送する。
【0102】
E2019はエンコーダ信号処理部であり、エンコーダ信号(ENC)を受けてCPU E1001の制御で定められたモードに従ってヘッド駆動タイミング信号E2049を出力する他、エンコーダ信号E1020から得られるキャリッジM4001の位置や速度にかかわる情報をレジスタに格納してCPU E1001に提供する。CPU E1001はこの情報に基づき、CRモータE0001の制御における各種パラメータを決定する。また、E2020はCRモータ制御部であり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、CRモータ制御信号E1036を出力する。
【0103】
E2022はセンサ信号処理部で、PGセンサE0010,PEセンサE0007,ASFセンサE0009およびGAPセンサE0008等から出力される各検出信号を受け、CPU E1001の制御で定められたモードに従ってこれらのセンサ情報をCPU E1001に伝達する他、LF/PGモータ制御部DMA E2021に対してセンサ検出信号E2052を出力する。
【0104】
LF/PGモータ制御DMAE2021は、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、DRAM E2005上のモータ制御バッファE2023からパルスモータ駆動テーブル(RDPM)E2051を読み出してパルスモータ制御信号Eを出力する他、動作モードによってはセンサ検出信号を制御のトリガとしてパルスモータ制御信号E1033を出力する。
【0105】
また、E2030はLED制御部であり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、LED駆動信号E1038を出力する。さらに、E2029はポート制御部であり、CPUI/F E2001を介したCPU E1001の制御により、ヘッド電源ON信号E1022,モータ電源オン信号E1023および電源制御信号E1024を出力する。
【0106】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置の動作を図10のフローチャートに基づき説明する。
【0107】
AC電源に本装置が接続されると、まず、ステップS1では装置の第1の初期化処理を行う。この初期化処理では、本装置のROMおよびRAMのチェックなどの電気回路系のチェックを行い、電気的に本装置が正常に動作可能であるかを確認する。
【0108】
次にステップS2では、装置本体M1000の上ケースM1002に設けられた電源キーE0018がONされたかどうかの判断を行い、電源キーE0018が押された場合には、次のステップS3へと移行し、ここで第2の初期化処理を行う。
【0109】
この第2の初期化処理では、本装置の各種駆動機構およびヘッド系のチェックを行う。すなわち、各種モータの初期化やヘッド情報の読み込みを行うに際し、本装置が正常に動作可能であるかを確認する。
【0110】
次にステップS4ではイベント待ちを行う。すなわち、本装置に対して外部I/Fからの指令イベント,ユーザ操作によるパネルキーイベントおよび内部的な制御イベントなどを監視し、これらのイベントが発生すると当該イベントに対応した処理を実行する。
【0111】
例えば、ステップS4で外部I/Fからの印刷指令イベントを受信した場合にはステップS5へと移行し、同ステップでユーザ操作による電源キーイベントが発生した場合にはステップS10へと移行し、同ステップでその他のイベントが発生した場合にはステップS11へと移行する。
【0112】
ここで、ステップS5では外部I/Fからの印刷指令を解析し、指定された紙種別,用紙サイズ,印刷品位および給紙方法などを判断し、その判断結果を表すデータを本装置内のRAM E2005に記憶し、ステップS6へと進む。
【0113】
次いでステップS6ではステップS5で指定された給紙方法により給紙を開始し、用紙を記録開始位置まで送り、ステップS7に進む。
【0114】
ステップS7では記録動作を行う。この記録動作では、外部I/Fから送出されてきた記録データを記録バッファに一旦格納し、次いでCRモータE0001を駆動してキャリッジM4001の走査方向への移動を開始すると共に、プリントバッファE2014に格納されている記録データを記録ヘッドH1001へと供給して1行分の記録を行い、1行分の記録データの記録動作が終了するとLFモータE0002を駆動し、LFローラM3001を回転させて用紙を副走査方向へと送る。この後、上記動作を繰り返し実行し、外部I/Fからの1ページ分の記録データの記録が終了すると、ステップ8へと進む。
【0115】
ステップS8では、LFモータE0002を駆動し、排紙ローラM2003を駆動し、用紙が完全に本装置から送り出されたと判断されるまで紙送りを繰返し、終了した時点で用紙は排紙トレイM1004a上に完全に排紙された状態となる。
【0116】
次にステップS9では、記録すべき全ページの記録動作が終了したか否かを判定し、記録すべきページが残存する場合には、ステップS5へと復帰し、以下、前述のステップS5〜S9までの動作を繰り返し、記録すべき全てのページの記録動作が終了した時点で記録動作は終了し、その後ステップS4へと移行し、次のイベントを待つ。
【0117】
一方、ステップS10ではプリンタ終了処理を行い、本装置の動作を停止させる。つまり、各種モータやヘッドなどの電源を切断するために、電源を切断可能な状態に移行した後、電源を切断してステップS4に進み、次のイベントを待つ。
【0118】
また、ステップS11では、上記以外の他のイベント処理を行う。例えば、本装置の各種パネルキーや外部I/Fからの回復指令や内部的に発生する回復イベントなどに対応した処理を行う。なお、処理終了後にはステップS4に進み、次のイベントを待つ。
【0119】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【0120】
(実施例1)
実施例1における記録ヘッドH1001の一部を破断状態で図11に示し、その基板ユニットの主要部の平面形状を図12に示し、そのXIII−XIII矢視断面構造,XIV−XIV矢視断面構造を図13,図14にそれぞれ示す。すなわち、11は電気熱変換素子18が設けられる記録素子基板H1100としての基板であり、電気熱変換素子18は一対の電極配線14a,14bとの間に位置する発熱抵抗体層13によって形成される。15は一対の電極配線14a,14bにより形成されて発熱抵抗体層13から立ち上がる段差部、17は第1保護層、16は第2保護層をそれぞれ示す。また、19はインク滴を吐出させるための吐出口であって、上述した吐出口H1100Tに相当する。20はこれら吐出口19にインクを供給するためのインク室、21はインク室20にインクを供給するために基板11に開口するインク供給口であり、上述したインク供給口H1201に対応する。
【0121】
基板11は、通常、Siウェハ上に発熱抵抗体層13および一対の電極配線14a,14bなどをフォトリソグラフィ技術によってパターニングし、インク室20、吐出口19を感光性樹脂によって作成し、異方性エッチングなどによってインク供給口21を形成した後、Siウェハを切断することによって形成される。そして、この基板11には、電気熱変換素子18を駆動するための電気的信号の受け渡しを行う電気配線基板H1300(図5参照)が実装技術によって接続される。つまり、この電気配線基板H1300には、電気熱変換素子18に電流をスイッチングさせるパワートランジスタおよびこのパワートランジスタを制御するためのCMOSロジック回路などが駆動手段として半導体技術を利用して形成され、電極配線14a,14bを介して電気熱変換素子18に接続している。
【0122】
本実施例では、インク供給口21を挟んで相互に平行な2列の吐出口19を相互に半ピッチずらしていわゆるジグザグ状に配列しており、各列の吐出口19に対応するインク室20の間隔を600dpiのピッチでそれぞれ配列させている。
【0123】
各々のインク室20には電気熱変換素子18が設けられ、それぞれ吐出口19から4ピコリットルのインク滴を吐出できるようにしている。
【0124】
本実施例では基板11としてSiウェハを使用おり、このSiウェハを熱酸化により、数μm程度のSiO2膜である酸化層12を形成する。その後、スパッタリングにより発熱抵抗体層13を500Å程度の厚みで形成する。この発熱抵抗体層13として本実施例ではTaNを用いたが、HfB2やTaSiNなどを使用してもよい。そして、電極配線14a,14bとしてAl層を2100Åの膜厚にし、±300Åの膜厚の公差にて成膜した後、マスクを使用して配線領域をパターニングする。本実施例では、電極配線14a,14bとしてAlを用いているが、Al−Si,Al−CuまたはAl−Si−Cuなどの合金を用いてもよい。そして、発熱抵抗体層13と電極配線14a,14bとを同時にドライエッチングによりエッチングし、次に電気熱変換素子18の部分を形成するため、マスクを使用してパターニングを実施し、その後、電気熱変換素子18の部分のAl層をウェットエッチングにて除去する。
【0125】
このように、電極配線14a,14bの膜厚を2100Å程度まで薄くしたが、電極配線14a,14bの膜厚を薄くすることは、配線抵抗を上昇させるものであり、その配線抵抗により、電力の消費が増大し、さらに基板11の温度上昇を招来することから、従来では電極配線14a,14bの膜厚を厚くしていた。
【0126】
しかし、その配線抵抗と発熱抵抗体層13の抵抗値とを比較すると、配線抵抗の割合は微々たるものであり、本発明のように膜厚を薄くすることは、電力ロスや昇温の見地からは大きな問題にはならず、却って発熱抵抗体層13を覆う第1保護層17の膜厚を薄くできることによる省電力化や熱応答性および発熱抵抗体層13の耐久性などにおける改善の効果の方が非常に大きいことが本実施例による検証により実証できた。
【0127】
電極配線14a,14bの膜厚の最小値は、その幅と膜厚とで決定される単位断面積中に、どれだけの電流がどれだけの時間通電されるかという電流密度の観点より判断される。電流密度が高く、通電時間が長いと、エレクトロマイグレーションにより、電極配線材料14a,14bを構成する材料の抵抗値が上昇してゆくことは、通常良く知られている。
【0128】
しかし、基板11に形成される電極配線14a,14bの通電可能な繰り返し耐用回数は、3×108から1×109回程度であり、また1回の通電時間は、1μm程度の非常に短い時間であり、さらにその繰り返し駆動周波数は、30kHz程度である。
【0129】
本実施例における基板11を用い、上述した電極配線14a,14bのエレクトロマイグレーションを評価したところ、電流密度を1.5×107A/cm、通電パルス幅を1.3μs、基板11の温度を60℃で一定の状態に保ち、3×109パルスまで通電試験を実施したが、電極配線14a,14bの抵抗値変化を示す現象は全く見られなかった。
【0130】
上述のような電極配線14a,14bの形成後、SiNによる第1保護層17をCVD法により成膜する。このSiNの第1保護層17は、膜厚を3000Åにし、±400Åを公差範囲として成膜したが、酸化シリコンを第1保護層17として成膜することも可能である。
【0131】
次に、第2保護層16として、Taをスパッタリングにより形成するが、その膜厚を2300Åにし、±280Åの公差範囲にて成膜した。このTaに代えてTaNやTaSiNなどを第2保護層16として採用してもよい。
【0132】
次に第2保護層16であるTaの不要な部分を削除するため、再度パターニングした後、ドライエッチング法により除去する。このドライエッチングの時間設定は、電気熱変換素子18の配列方向に沿って平行に配列する発熱抵抗体層13(およびこれに交互に重なる電極配線14a,14b)の間の凹部22に第2保護層16が残留しないように、オーバーエッチング状態に設定される。第2保護層16が残留すると、第2保護層が残留した部分(以下「残留部」とも言う)の下部の第1保護層17にピンホールがあった場合、配線電極と残留部とが通電して残留部は酸化される。ここで、残留部が必要として残した第2保護層16と通電する場合、第2保護層16の必要部分まで酸化されてしまい、キャビテーション保護ができなくなる恐れがある。そこで、第2保護層16の不要部分を残留させずに除去するために、オーバーエッチング量は100Å以上であることが好ましい。また、このようなオーバーエッチングにより、第2保護層16が除去された領域の第1保護層17の膜厚は、第2保護層16を構成するTaが存在する領域の膜厚よりも薄くなっているが、電極配線を確実に保護するためにはその差が200Å以下であることが好ましい。
【0133】
このドライエッチングにおいては、エッチングガスの噴射方向を例えば基板11の表面に対して垂直に設定することにより、発熱抵抗体層13およびこれに重なる電極配線14a,14bにより形成されて基板11の表面(図示例では酸化層12の表面)から立ち上がる段差部23の部分の第1保護層17は、エッチングガスの噴射方向に対して傾斜した状態となり、ここに亀裂が入っていたとしてもエッチングガスの浸入が緩和される結果、発熱抵抗体層13上に重なる電極配線14a,14bが損傷を受けるような不具合は発生しない。尤も、オーバーエッチングにより第1保護層17を多く削りすぎた場合、膜質が粗になっている段差部23のエッチングが速いため電極配線14a,14bが損傷を受ける恐れがある。
【0134】
このような異方性のドライエッチングを行うことにより、基板11の表面から立ち上がる段差部23の部分の第1保護層17に亀裂が入っていても、発熱抵抗体層13上に重なる電極配線14a,14bの損傷を受けにくくしている。
【0135】
これに対し、上述した第2保護層16の不要部分をウェットエッチングにて行った場合の基板表面の状態を図15に示し、そのXVI−XVI矢視断面構造を図16に示すが、本実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記してある。すなわち、ウェットエッチングにより第2保護層16の不要部分を除去した場合、エッチング液が段差部23において第1保護層17に存在する亀裂から浸透し、電極配線14a,14bをエッチングしてしまい、欠陥部24が形成されてしまうことが判明した。しかしながら、本実施例のように第2保護層16の不要部分をドライエッチングにより除去した場合、第1保護層17のピンホールや亀裂などの存在の如何にかかわらず、上述したように電極配線14a,14bがエッチングされるような不具合を防止することができる。
【0136】
また、上述のドライエッチングでオーバーエッチング状態にする際、第2保護層によって覆われた第1保護層の部分と第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分との境界部近傍の第1保護層および第2保護層の部分をテーパ形状にすることができる。該テーパ形状については、実施例2の中で後述する。
【0137】
このようにして作られた基板ユニットを組み込んだ記録ヘッドH1001を作成し、インクの吐出繰り返し耐用回数の評価を実施した。3×108回以上が耐用目標回数であるが、1×109回繰り返しても、発熱抵抗体層13の断線などの不具合は発生しなかった。この試験で使用した記録ヘッドH1001における電極配線14a,14bの膜厚に対し、第1保護層17の膜厚はおよそ1.14倍であった。
【0138】
(実施例2)
実施例2における液体吐出ヘッドの主要部の平面形状を図17に示し、そのXVIII−XVIII矢視断面構造を図18に示す。ここで、25は吐出口を形成する吐出口形成部材であり、26は基板と吐出口形成部材との密着性を向上させるための密着層である。基板と吐出口形成部材とが接合されたものは記録素子基板H1100に対応する。その他の構成および効果については、実施例1とほぼ同様である。
【0139】
図17および図18に示した液体吐出ヘッドは、実施例1で説明したものとほぼ同様の液体吐出ヘッド用基板ユニット27に、密着層26および吐出口形成部材25を形成して作製される。
【0140】
まず、実施例1で説明したものとほぼ同様の液体吐出ヘッド用基板ユニット27に、密着層26としてポリエーテルアミド樹脂を以下の方法で厚み2.0μmで形成した。このポリエーテルアミド樹脂には、日立化成工業(株)社製HIMAL1200を用い、スピナーで基板ユニット27上に塗布し、100℃/30分+250℃/1時間ベークを行った。
【0141】
次いでHIMAL上に東京応化工業(株)社製ポジレジストOFPR800を用いてパターニングを行い、更にOFPRパターンをマスクとしてO2プラズマアッシングによりHIMAL層のパターニングを行い、最後にマスクとして使用したOFPRパターンを剥離することで図17および図18に示したように密着層26を形成した。
【0142】
次いで基板ユニット上に、溶解可能な感光性材料である東京応化工業(株)ポジレジストODURを塗布し、インク流路パターン(不図示)をパターニングした(厚み12μm)。
【0143】
さらに、吐出口形成部材25として被覆樹脂層を基板ユニット27上に形成し、パターニングによって吐出口19を形成した。被覆樹脂層としては、吐出口19をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。また、基板ユニット27との密着性、耐インク性を有することが要求されるため、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物を構造材料とするものを用いた。
【0144】
次いで、CDE(ケミカルドライエッチング)でインク供給口21上のSiN膜を除去し、溶解液に浸すことによりODURを除去することによって、インク供給口21上のSiN膜およびODURからなるインク流路パターンを除去し、さらに吐出口形成部材25であるエポキシ樹脂を完全に硬化させるために180℃で1時間の加熱を行い、液体吐出ヘッドを得た。
【0145】
さらに、吐出口形成部材25であるエポキシ樹脂を完全に硬化させるために180℃で1時間の加熱を行い、液体吐出ヘッドを得た。
吐出口形成部材25は、図17および図18に示したように第2保護層16の一部および第2保護層16によって覆われていない第1保護層17の部分に密着層を介して接合されている。このように密着層26を介することにより、第1保護層17および第2保護層16を形成した基板ユニット27と吐出口形成部材25との密着性は改善されている。
【0146】
本実施例では、以下に述べるように、密着性をさらに高めることにより、吐出口形成部材25の剥れを防止し、液体吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【0147】
実施例1で述べたように、基板ユニットを作製する際、第2保護層16によって覆われていない第1保護層16の部分の厚みを第2保護層16によって覆われた第1保護層17の部分の厚みよりも薄くした場合、第2保護層16によって覆われた第1保護層17の部分と第2保護層16によって覆われていない第1保護層17の部分との境界部近傍に第2保護層16だけでなく第1保護層17による側壁28が形成される。その結果、基板ユニット27上に密着層26および吐出口形成部材25を形成して作製された液体吐出ヘッドにおいて、第2保護層16の近傍における第1保護層17と密着層26との密着性が向上し、吐出口形成部材25の剥れが生じにくくなる。
【0148】
ここで、ドライエッチングでオーバーエッチング状態することにより側壁28を形成する場合、側壁28をテーパ形状にすることができる。実施例1で説明した図13は第1保護層17と第2保護層16のテーパ形状の角度がほぼ等しい場合の実施例である。図18は第2保護層16のテーパ形状の角度よりも第1保護層17のテーパ形状の角度の方が傾斜が緩やかである場合の実施例である。また、テーパ形状は、曲率を持つものであってもよい。よりいっそう密着性を向上させるためには第1保護層および第2保護層のテーパ形状の角度傾斜が急であるほどよい。
【0149】
(その他の実施例)
上述の実施例1および2では吐出口19と電気熱変換素子18とが対向するサイドシュータータイプの記録ヘッドH1001について説明したが、吐出口の開口方向が電気熱変換素子の表面に対してほぼ直交するエッジシュータータイプのインクジェットヘッドに対しても本発明を応用することが可能である。
【0150】
このような本発明による液体吐出ヘッドの他の実施例の外観を図19に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、基板11上には、溝付き部材25が接合され、基板11との間に所定間隔で配列する吐出口19と、これら吐出口19にそれぞれインク路26を介して連通する共通インク室27と、この共通インク室27にインクを供給するためのインク供給口28とが形成されている。インク供給口28から共通インク室27内に供給されたインクは、インク路26内にて電気熱変換体18により膜沸騰を生じ、吐出口19からインク滴となって吐出するようになっている。
【0151】
本実施例においても、基板11上に形成される電気熱変換体18は、上述した実施例と同一構成を有するものである。
【0152】
【発明の効果】
本発明によると、基板の表面部のほぼ全域に形成されて一対の電極配線および電気熱変換素子を覆う第1保護層と、この第1保護層の表面に形成されて電気熱変換素子およびこの電気熱変換素子と一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを設け、一対の電極配線の厚みを1800〜2400Åの範囲内にし、第2保護層によって覆われた第1保護層の部分の厚みを2600〜3400Åの範囲内にし、さらに第2保護層によって覆われていない第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みを第2保護層によって覆われた第1保護層の部分の厚みよりも薄くしたので、第1保護層を成膜工程の追加やマスクの使用を増やすことなく、均一な薄い膜厚にすることができる。また、電極配線により形成されて基板の表面から立ち上がる段差部における第1保護層のカバレージ性を良好に保つことができる。
【0153】
このため、液体の急速加熱が可能となって発泡安定性を向上させることができる結果、液体吐出ヘッドの省電力化および昇温の抑制が可能となり、基板の蓄熱が抑制されて熱応答性が向上し、駆動周波数を高めて高品位のプリント作業を実現することができる。しかも、電気熱変換素子の吐出耐久性の優れた信頼性の高い液体吐出ヘッドを従来と変りない工数で得ることができる。
【0154】
特に、一対の電極配線の厚みを2000〜2200Åの範囲にした場合には、第1保護層の膜厚をより薄く均一化することができ、熱発生の繰り返しに伴う熱応力の部分集中によって保護層に亀裂が発生し、この亀裂部分から液体が侵入して発熱抵抗層の破壊に至る断線事故を防止することができ、耐久性を向上させることができる。
【0155】
電気熱変換素子およびこの電気熱変換素子と一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層を第1保護層の表面にドライエッチングにて形成することにより、この第2保護層によって覆われていない第1保護層の部分の厚みを当該第2保護層によって覆われた第1保護層の部分の厚みよりも薄くし、一対の電極配線の厚みを1800〜2400Åの範囲にした場合には、電気熱変換素子および電極配線に対して損傷を与えないようにすることができる。
【0156】
また、第1保護層および第2保護層の吐出口形成部材に覆われる部分をテーパ形状にすることにより、第2保護層の近傍における前記第1保護層と吐出口形成部材との密着性が向上し、吐出口形成部材の剥れが生じにくくなる。
【0157】
このため、電気熱変換素子や一対の電極配線および基板に設けられる駆動素子などに対し、第2保護層を除去することによって露出する第1保護層は、水分の付着や高湿の環境下において、十分な機能を発揮することができる。
【0158】
吐出口を相互に平行に少なくとも2列形成し、それぞれ600dpiの間隔で配列すると共に列毎のこれらの配列間隔を相互に半ピッチずらした場合には、1200dpiの高性能な液体吐出ヘッドを得ることができる。
【0159】
電気熱変換素子に単独に与えられる駆動パルスによって吐出される吐出口から吐出される液体の吐出量が4ピコリットルの場合には、画像の分解能を向上させて得られる画像品質を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるインクジェットプリンタの外観構成を示す斜視図である。
【図2】図1に示すものの外装部材を取り外した状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に用いる記録ヘッドカートリッジを組立てた状態を示す斜視図である。
【図4】図3に示す記録ヘッドカートリッジを示す分解斜視図である。
【図5】図4に示した記録ヘッドを斜め下方から観た分解斜視図である。
【図6】本発明の実施形態におけるスキャナカートリッジを示す斜視図である。
【図7】本発明の実施形態における電気的回路の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図8】図7に示したメインPCBの内部構成を示すブロック図である。
【図9】図8に示したASICの内部構成を示すブロック図である。
【図10】本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図11】本発明による液体吐出ヘッドの一実施例の概略構造を表す破断斜視図である。
【図12】図11に示した実施例における基板の主要部の平面図である。
【図13】図12中のXIII−XIII矢視断面図である。
【図14】図12中のXIV−XIV矢視断面図である。
【図15】第2保護層をウェットエッチングにより形成した場合の基板の主要部の平面図である。
【図16】図15中のXVI−XVI矢視断面図である。
【図17】本発明による液体吐出ヘッドの他の実施例における主要部の平面図である。
【図18】図17中のXVIII−XVIII矢視断面図である。
【図19】本発明による液体吐出ヘッドの別な実施例の外観の一部を表す斜視図である。
【図20】従来のインクジェットヘッドの基板の構造の一例を示す断面図である。
【図21】従来のインクジェットヘッドの基板の構造の他の例を示す断面図である。
【図22】従来のインクジェットヘッドの基板の構造の別な例を示す断面図である。
【符号の説明】
11 基板(記録素子基板H1100)
12 酸化層
13 発熱抵抗体層
14a,14b 電極配線
15 段差部
16 第2保護層
17 第1保護層
18 電気熱変換素子
19 吐出口(H1100T)
20 インク室
21 インク供給口(H1201)
22 凹部
23 段差部
24 欠陥部
25 吐出口形成部材
26 密着層
27 基板ユニット
28 側壁
M1000 装置本体
M1001 下ケース
M1002 上ケース
M1003 アクセスカバー
M1004 排出トレイ
M2015 紙間調整レバー
M2003 排紙ローラ
M3001 LFローラ
M3019 シャーシ
M3022 自動給送部
M3029 搬送部
M3030 排出部
M4001 キャリッジ
M4002 キャリッジカバー
M4007 ヘッドセットレバー
M4021 キャリッジ軸
M5000 回復系ユニット
M6000 スキャナ
M6001 スキャナホルダ
M6003 スキャナカバー
M6004 スキャナコンタクトPCB
M6005 スキャナ照明レンズ
M6006 スキャナ読取レンズ1
M6100 保管箱
M6101 保管箱ベース
M6102 保管箱カバー
M6103 保管箱キャップ
M6104 保管箱バネ
E0001 キャリッジモータ
E0002 LFモータ
E0003 PGモータ
E0004 エンコーダセンサ
E0005 エンコーダスケール
E0006 インクエンドセンサ
E0007 PEセンサ
E0008 GAPセンサ(紙間センサ)
E0009 ASFセンサ
E0010 PGセンサ
E0011 コンタクトFPC(フレキシブルプリントケーブル)
E0012 CRFFC(フレキシブルフラットケーブル)
E0013 キャリッジ基板
E0014 メイン基板
E0015 電源ユニット
E0016 パラレルI/F
E0017 シリアルI/F
E0018 電源キー
E0019 レジュームキー
E0020 LED
E0021 ブザー
E0022 カバーセンサ
E1001 CPU
E1002 OSC(CPU内蔵オシレータ)
E1003 A/D(CPU内蔵A/Dコンバータ)
E1004 ROM
E1005 発振回路
E1006 ASIC
E1007 リセット回路
E1008 CRモータドライバ
E1009 LF/PGモータドライバ
E1010 電源制御回路
E1011 INKS(インクエンド検出信号)
E1012 TH(サーミスタ温度検出信号)
E1013 HSENS(ヘッド検出信号)
E1014 制御バス
E1015 RESET(リセット信号)
E1016 RESUME(リジュームキー入力)
E1017 POWER(電源キー入力)
E1018 BUZ(ブザー信号)
E1019 発振回路出力信号
E1020 ENC(エンコーダ信号)
E1021 ヘッド制御信号
E1022 VHON(ヘッド電源ON信号)
E1023 VMON(モータ電源ON信号)
E1024 電源制御信号
E1025 PES(PE検出信号)
E1026 ASFS(ASF検出信号)
E1027 GAPS(GAP検出信号)
E0028 シリアルI/F信号
E1029 シリアルI/Fケーブル
E1030 パラレルI/F信号
E1031 パラレルI/Fケーブル
E1032 PGS(PG検出信号)
E1033 PM制御信号(パルスモータ制御信号)
E1034 PGモータ駆動信号
E1035 LFモータ駆動信号
E1036 CRモータ制御信号
E1037 CRモータ駆動信号
E0038 LED駆動信号
E1039 VH(ヘッド電源)
E1040 VM(モータ電源)
E1041 VDD(ロジック電源)
E1042 COVS(カバー検出信号)
E2001 CPU I/F
E2002 PLL
E2003 DMA制御部
E2004 DRAM制御部
E2005 DRAM
E2006 1284 I/F
E2007 USB I/F
E2008 受信制御部
E2009 圧縮Å伸長DMA
E2010 受信バッファ
E2011 ワークバッファ
E2012 ワークエリアDMA
E2013 記録バッファ転送DMA
E2014 プリントバッファ
E2015 記録データ展開DMA
E2016 展開用データバッファ
E2017 カラムバッファ
E2018 ヘッド制御部
E2019 エンコーダ信号処理部
E2020 CRモータ制御部
E2021 LF/PGモータ制御部
E2022 センサ信号処理部
E2023 モータ制御バッファ
E2024 スキャナ取込みバッファ
E2025 スキャナデータ処理DMA
E2026 スキャナデータバッファ
E2027 スキャナデータ圧縮DMA
E2028 送出バッファ
E2029 ポート制御部
E2030 LED制御部
E2031 CLK(クロック信号)
E2032 PDWM(ソフト制御信号)
E2033 PLLON(PLL制御信号)
E2034 INT(割り込み信号)
E2036 PIF受信データ
E2037 USB受信データ
E2038 WDIF(受信データ/ラスタデータ)
E2039 受信バッファ制御部
E2040 RDWK(受信バッファ読み出しデータ/ラスタデータ)
E2041 WDWK(ワークバッファ書込みデータ/記録コード)
E2042 WDWF(ワークフィルデータ)
E2043 RDWP(ワークバッファ読み出しデータ/記録コード)
E2044 WDWP(並べ替え記録コード)
E2045 RDHDG(記録展開用データ)
E2047 WDHDG(カラムバッファ書込みデータ/展開記録データ)
E2048 RDHD(カラムバッファ読み出しデータ/展開記録データ)
E2049 ヘッド駆動タイミング信号
E2050 データ展開タイミング信号
E2051 RDPM(パルスモータ駆動テーブル読み出しデータ)
E2052 センサ検出信号
E2053 WDHD(取込みデータ)
E2054 RDAV(取込みバッファ読み出しデータ)
E2055 WDAV(データバッファ書込みデータ/処理済データ)
E2056 RDYC(データバッファ読み出しデータ/処理済データ)
E2057 WDYC(送出バッファ書込みデータ/圧縮データ)
E2058 RDUSB(USB送信データ/圧縮データ)
E2059 RDPIF(1284送信データ)
H1000 記録ヘッドカートリッジ
H1001 記録ヘッド
H1100 記録素子基板
H1100T 吐出口
H1200 第1のプレート
H1201 インク供給口
H1300 電気配線基板
H1301 外部信号入力端子
H1400 第2のプレート
H1500 タンクホルダ
H1501 インク流路
H1600 流路形成部材
H1700 フィルタ
H1800 シールゴム
H1900 インクタンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate unit used in a liquid discharge head for discharging a liquid, a manufacturing method thereof, a liquid discharge head incorporating the substrate unit, the liquid discharge head, and a liquid supplied to the liquid discharge head. The present invention relates to a cartridge integrated with a liquid tank and an image forming apparatus for forming an image on a print medium. In addition to a general printing apparatus, a facsimile machine having a copying machine, a communication system, and a word processor having a printing unit Further, the present invention can be applied to an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses, and can also be applied to a printing apparatus and a processing apparatus such as etching.
[0002]
In this specification, “print” or “record” is not only used to form significant information such as characters and figures, but also manifests so that it can be perceived visually by humans regardless of significance. Regardless of whether or not it is, it includes a wide range of processes such as formation of images, patterns, patterns, etc. on a print medium, or etching.
[0003]
The “print medium” is not only a piece of paper used in a general printing apparatus, but also a cloth, a plastic film, a metal plate, glass, ceramics, wood, leather, etc. that can accept ink, and is in a sheet form. Three-dimensional solids other than objects, such as spheres and cylinders, are also targets.
[0004]
Further, the term “liquid” should be broadly interpreted in the same way as the definition of “print (or recording)”, and is applied to a print medium to form an image, a pattern, a pattern, or the like. And the like that are used for the etching process of the above, or the treatment of ink (for example, solidification or insolubilization of the coloring material in the ink applied to the print medium).
[0005]
[Prior art]
Among the various printing methods currently known, this is a non-impact printing method that generates almost no noise during printing, and is capable of high-speed printing, and can be printed without requiring special fixing processing on plain paper. A so-called liquid jet printing method (hereinafter referred to as an ink jet printing method) capable of performing the above is an extremely useful printing method.
[0006]
In this ink jet printing method, ink droplets such as a treatment liquid (hereinafter, collectively referred to as ink for the sake of convenience in the present specification) for adjusting the printability of the ink to the ink or the print medium are used in various operating principles. And is printed on a print medium such as paper, and the basic principle is as outlined below, as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 52-118798. That is, this ink-jet printing method applies a thermal pulse as an information signal to ink introduced into an ink chamber capable of containing ink, thereby causing the ink chamber to be subjected to an action force generated as the ink vaporizes and expands. In this method, ink is ejected from a communicating ejection port and ejected as ink droplets, which are attached to a print medium for printing.
[0007]
By the way, this method is easy to adapt to high-speed printing and color printing with a high-density multi-array configuration, and the configuration of the printing device is simpler than that of the conventional one. It is easy to increase the length by making full use of the advantages of IC technology and micro-machining technology that are remarkable in technological advancement and reliability improvement in the semiconductor field. This method has a wide range of applications.
[0008]
A characteristic ink jet head of the ink jet printing apparatus used in the ink jet printing method is provided with thermal energy generating means for ejecting ink from an ejection port to form flying ink droplets. This thermal energy generating means is preferably provided so as to be in direct contact with the ink in order to efficiently cause the generated thermal energy to act on the ink and to increase the on / off response speed of the thermal action of the inkjet head. It is said that.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Basically, the thermal energy generating means provided in the inkjet head is composed of a heating resistor (electrothermal conversion element) layer that generates heat when energized, and a pair of electrode wirings for energizing the heating resistor layer. Therefore, when the heating resistor layer is in direct contact with the ink, depending on the electrical resistance value of the ink, electricity flows through the ink, or the ink itself is electrolyzed by the flow of electricity through the ink. Or, when the heating resistor layer is energized, the heating resistor layer reacts with the ink, and the resistance value may change due to corrosion of the heating resistor layer, or the heating resistor layer may be damaged or destroyed. It was.
[0010]
Therefore, conventionally, alloys such as Ni and Cr, ZrB2, HfB2The heating resistor layer is composed of an inorganic material that is relatively excellent in characteristics as a heating resistor material, such as a metal boride, etc., and the SiO layer is formed on the heating resistor layer composed of these.2Providing a protective layer composed of a material with excellent oxidation resistance such as prevents the heating resistor layer from coming into direct contact with the ink, solves the above problems, and improves reliability and durability for repeated use. It has been proposed to try to improve.
[0011]
By the way, when forming the thermal energy generating means of such an ink jet head, it is common to sequentially stack the electrode wiring and the protective layer after forming the heating resistor layer on a predetermined substrate, In order to sufficiently perform various functions as a protective layer such as prevention of breakage of the heating resistor layer as described above or prevention of short circuit between electrode wirings, the heating resistor is used for the protective layer of such thermal energy generating means. It is required to uniformly coat the required portions of the layers and electrode wirings without having defects such as pinholes.
[0012]
Further, a second relatively thin protective layer is generally provided on the protective layer so that the protective layer and the ink are completely blocked. This protective layer is generally formed by sputtering a thin film of metal such as Ta. By providing this second protective layer, SiO2, SiN or the like, the lower first protective layer plays a role of preventing the intrusion of ink even if a crack or the like occurs due to repeated heat generation by the heating resistor. In addition, it plays a role of cavitation protection by repeated foaming and defoaming, and by providing this second protective layer, it has been attempted to improve durability for repeated use.
[0013]
However, since this second protective layer causes cracks in the lower first protective layer due to the difference in film stress from the lower first protective layer, the region on the substrate surface where no ink is present is etched. Generally, the second protective layer is removed by the method.
[0014]
In addition, when resin is used as the discharge port forming member for forming the discharge port, the second protective layer such as Ta has extremely low adhesion to the discharge port forming member, so that the discharge port forming member is peeled off from the second protective layer. I had to do it. Therefore, in order to improve the adhesion between the substrate on which the second protective layer such as Ta is formed and the discharge port forming member, a proposal is made that a polyetheramide resin is interposed as an adhesion layer between the substrate and the discharge port forming member. (Japanese Patent Laid-Open No. 11-348290).
[0015]
In addition, as described above, since the electrode wiring is generally formed on the heating resistor layer in such an ink jet head, a step is generated between the electrode wiring and the heating resistor layer. Since unevenness of the layer thickness is likely to occur in the stepped portion, the layer must be formed so as to sufficiently cover the stepped portion in order to prevent an exposed portion from being generated. In such a state where the step coverage (hereinafter referred to as “step coverage”) is insufficient, the exposed portion of the heating resistor layer and the ink come into direct contact with each other, and the ink is electrolyzed, And the material constituting the heating resistor layer may cause a chemical reaction or the heating resistor layer may be destroyed. In addition, such a stepped portion is also likely to have a non-uniform film thickness, which causes a partial concentration of thermal stress generated in the protective layer due to repeated heat generation. This may cause cracks, and ink may enter the cracked part, resulting in the destruction of the heating resistor layer as described above. Furthermore, ink may enter from the pinholes and the heating resistor layer may be destroyed.
[0016]
Conventionally, in order to solve such a problem, it has been generally performed to increase the thickness of the protective layer to improve the step coverage or reduce the pinholes. However, increasing the protective layer is a step coverage. Although this contributes to a reduction in the number of pinholes, increasing the thickness of the protective layer hinders the supply of heat to the ink, resulting in the following new problems.
[0017]
That is, the heat generated in the heating resistor layer is transferred to the ink through the protective layer, but the thermal resistance between the protective layer surface and the heating resistor layer, which is the heat acting surface, is protected. As the layer thickness increases, it becomes necessary to apply more power load to the heating resistor layer, which is disadvantageous in terms of reducing power consumption, and more heat than necessary is stored in the substrate. A new problem arises such that the thermal responsiveness is deteriorated and the durability of the heating resistor layer is deteriorated due to the electric power more than necessary.
[0018]
Such a problem can be overcome by reducing the thickness of the protective layer. However, in the conventional inkjet head manufacturing method using a film forming method such as sputtering or vapor deposition for forming the protective layer, the step coverage is poor. Due to the above-mentioned drawbacks in durability, it has been substantially difficult to make the protective layer thin.
[0019]
In addition, it is generally known that when ink is printed on the ink jet head as described above, the ink foaming stability is improved as the ink is rapidly heated. That is, an electrical signal applied to the thermal energy generating means, generally a rectangular postponed pulse, the shorter the pulse width, the better the foam stability of the ink, thereby improving the ejection stability of the flying ink droplets. This improves the print quality. However, in the conventional ink jet head, the thickness of the protective layer must be increased as described above. For this reason, the thermal resistance of the protective layer is increased, and more heat than necessary is generated by the thermal energy generating means. In other words, the durability is deteriorated and the thermal response is lowered. For this reason, it is difficult to shorten the pulse width, and there has been a limit in improving the print quality.
[0020]
Further, as shown in FIG. 20 showing a cross-sectional structure of the substrate side of a conventional ink jet head, a
[0021]
In such a configuration, as described above, the lower first
[0022]
For this reason, proposals have been made to reduce the thickness of the lower first
[0023]
However, bias sputtering has poor film thickness stability and has disadvantages such as generation of dust from around the target. In addition, methods such as etch back, sputter edge, and reflow cause an increase in the number of processes and increase costs.
[0024]
As another method, as shown in FIG. 21, which shows a cross-sectional structure of a substrate portion of a conventional inkjet head, the HP journal can improve the step coverage of the
[0025]
However, according to these methods, the uniformity and reproducibility of the stepped
[0026]
That is, in the place where the taper angle of the
[0027]
As another method, a method of selectively thinning the
[0028]
However, this method requires two steps of forming the
[0029]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the present invention is to make the first protective layer above the heating resistor as thin as possible and reduce the film thickness of the electrode wiring and wiring layer of the heating resistor to damage the first protective layer and the wiring layer. It is another object of the present invention to provide a liquid discharge head substrate unit that improves the foaming stability due to rapid heating of ink and at the same time increases the durability by removing the second protective layer.
[0030]
Another object of the present invention is to provide a highly reliable liquid discharge which further improves the adhesion between the discharge port forming member and a substrate in which such a liquid discharge substrate unit is incorporated and a protective layer such as Ta is exposed. To provide a head.
[0031]
Still another object of the present invention is to provide a method, a cartridge, and an image forming apparatus for manufacturing such a liquid discharge head substrate unit.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a substrate unit used in a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, and thereby discharges droplets from the discharge port. An electrothermal conversion element formed to generate thermal energy, a pair of electrode wirings formed on the surface portion of the substrate so as to be electrically connected to the electrothermal conversion element, and substantially over the entire surface portion of the substrate A first protective layer formed to cover the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element; and the electrothermal conversion element, the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings formed on a surface of the first protective layer. A thickness of the pair of electrode wiringsButThe thickness of the portion of the first protective layer that is in the range of 1800-2400 mm and is covered by the second protective layerButIn the range of 2600-3400 km,The first protective layer includesNot covered by the second protective layerHaving a uniform film thickness,Of the first protective layerUniform film thicknessThe thickness of the part is smaller than the thickness of the part of the first protective layer covered with the second protective layer.
[0033]
According to the present invention, the first protective layer is formed in a uniform thin film thickness without adding a film forming process or using a mask, and is formed by the electrode wiring, and the first protection in the stepped portion rising from the surface of the substrate. The coverage of the stratum is kept good.
[0034]
A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a substrate unit used in a liquid discharge head for applying liquid energy to a liquid to cause film boiling and thereby discharging liquid droplets from a discharge port. On the surface,Forming an electrothermal conversion element for generating thermal energy; forming a pair of electrode wirings on a surface portion of the substrate so as to conduct to the electrothermal conversion element; the pair of electrode wirings; and Forming a first protective layer having a thickness of 2600 to 3400 covering the electrothermal conversion element over substantially the entire surface of the substrate; and the electrothermal conversion element, the electrothermal conversion element, and the pair of electrode wirings By forming a second protective layer covering the vicinity of the connection portion on the surface of the first protective layer by dry etching, the thickness of the portion of the first protective layer not covered by the second protective layer is set to the second The thickness of the pair of electrode wirings is in the range of 1800 to 2400 mm, and the step of reducing the thickness of the first protective layer covered by the protective layer. It is.
[0035]
According to the present invention, when the second protective layer is formed by dry etching, damage to the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings is prevented.
[0036]
The third aspect of the present invention is:A liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port.An electrothermal conversion element that is formed on the substrate and generates thermal energy for causing film boiling in the liquid; a pair of electrode wirings that are formed on the substrate and that conduct to the electrothermal conversion element; and a surface portion of the substrate A first protective layer that covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element, and is formed on a surface of the first protective layer to form the electrothermal conversion element, the electrothermal conversion element, and the A second protective layer that covers the vicinity of the connection portion between the pair of electrode wirings, the thickness of the pair of electrode wirings is in the range of 1800 to 2400 mm, and the first protective layer is covered by the second protective layer. Part thicknessButIn the range of 2600-3400 km,The first protective layer includesNot covered by the second protective layerHave a uniform thickness,Of the first protective layerUniform film thicknessThe thickness of the portion is smaller than the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer.With thingsis there.
[0037]
The fourth aspect of the present invention isA cartridge having a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port,
An electrothermal conversion element that is formed on the substrate and generates thermal energy for causing film boiling in the liquid; a pair of electrode wirings that are formed on the substrate and that conduct to the electrothermal conversion element; and a surface portion of the substrate A first protective layer having a thickness that covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element, and the electrothermal conversion element and the electrothermal conversion element formed on the surface of the first protective layer. And a liquid discharge head having a second protective layer covering the vicinity of the connection portion between the pair of electrode wirings,
A liquid tank for storing liquid supplied to the liquid discharge head,
The thickness of the first protective layer covered with the second protective layer, wherein the thickness of the pair of electrode wirings is in the range of 1800 to 2400 mmButIn the range of 2600-3400 km,The first protective layer includesNot covered by the second protective layerHave a uniform thickness,Of the first protective layerUniform film thicknessThe thickness of the portion is smaller than the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer.With thingsis there.
[0038]
The fifth aspect of the present invention is:An image forming apparatus using a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port.
An electrothermal conversion element that generates thermal energy for causing film boiling in the liquid formed on the substrate, a pair of electrode wirings formed on the substrate and conducting to the electrothermal conversion element, and a surface portion of the substrate A first protective layer that is formed over substantially the entire area and covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element; and the electrothermal conversion element, the electrothermal conversion element, and the pair that are formed on the surface of the first protective layer. And a second protective layer covering the vicinity of the connection portion with the electrode wiringSaidIt has a mounting part for the liquid discharge head,
The thickness of the pair of electrode wires is in the range of 1800 to 2400 mm.RThe thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layerButIn the range of 2600-3400 km,The first protective layer includesNot covered by the second protective layerHave a uniform thickness,Of the first protective layerUniform film thicknessPart thicknessIsThe thickness of the portion of the first protective layer covered with the second protective layer is thinner.With thingsis there.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the liquid discharge head substrate unit according to the first aspect of the present invention, the thickness of the pair of electrode wirings is preferably in the range of 2000 to 2200 mm, and the first protective layer is not covered by the second protective layer.Uniform film thicknessThe difference between the thickness of the portion and the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer may be in the range of 100 to 200 mm. The thickness of the first protective layer may be 1.08 times or more the thickness of the pair of electrode wirings.
[0040]
In the method of manufacturing the substrate unit for a liquid discharge head according to the second aspect of the present invention, when the second protective layer is formed by dry etching, the portion of the first protective layer not covered by the second protective layer is etched. The thickness can be in the range of 100 to 200 mm.
[0041]
In the liquid discharge head according to the third aspect of the present invention, a discharge port forming member for forming a discharge port is further provided, and the discharge port forming member is not covered with a part of the second protective layer and the second protective layer. A part of the first protective layer and a part of the first protective layer not covered by the second protective layer may be joined via an adhesion layer. In this case, the first protective layer and the second protective layer in the vicinity of the boundary between the portion of the first protective layer covered by the second protective layer and the portion of the first protective layer not covered by the second protective layer. The portion preferably has a tapered shape, and this tapered shape is2More than the angle of the taper shape of the protective layer1More preferably, the angle of the protective layer taper is more gradual. The adhesion layer may be a polyetheramide resin, and the polyetheramide resin may be thermoplastic. The discharge port forming member may be a resin, and may be formed of a cationic polymerization cured product of an epoxy resin. The discharge ports can also be provided on the opposite sides of the electrothermal conversion elements, and the discharge ports are formed in at least two rows in parallel with each other, arranged at intervals of 600 dpi, and these arrangement intervals for each row are half-pitch to each other. It may be shifted. In addition, the liquid is inkAndIt may be a treatment liquid that adjusts the printability of this ink ejected to the print medium, and the liquid from the ejection port that is ejected by the drive pulse applied to the electrothermal conversion element.Per timeThe discharge amount may be 5 picoliters or less.
[0042]
In the cartridge according to the fourth aspect of the present invention, the liquid tank may be detachably mounted on the liquid discharge head. The liquid discharge head further includes a discharge port forming member in which a discharge port is formed. The discharge port forming member is a part of the second protective layer and a portion of the first protective layer that is not covered by the second protective layer. You may make it join to through an adhesion layer.
[0043]
In the image forming apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the attachment portion of the liquid ejection head has a carriage that can be scanned and moved in a direction intersecting the conveyance direction of the print medium from which the liquid is ejected from the liquid ejection head. It's okay. The liquid discharge head may be detachably mounted on the carriage via an attaching / detaching unit. The liquid discharge head further includes a discharge port forming member in which a discharge port is formed. The discharge port forming member is formed on a part of the second protective layer and a portion of the first protective layer that is not covered by the second protective layer. You may make it join through an adhesion layer.
[0044]
【Example】
Embodiments in which the present invention is applied to an ink jet printer will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 19, but the present invention is not limited to such embodiments, and these may be further combined, or patents in this specification may be described. The present invention can be applied to other technologies to be included in the concept of the present invention described in the claims.
[0045]
[Device main unit]
1 and 2 show a schematic configuration of a printer using the ink jet recording method. In FIG. 1, an apparatus main body M1000 that forms the outer shell of a printer in this embodiment includes a lower case M1001, an upper case M1002, an access cover M1003, an exterior member of a discharge tray M1004, and a chassis M3019 ( (See FIG. 2).
[0046]
The chassis M3019 is composed of a plurality of plate-shaped metal members having a predetermined rigidity, forms a skeleton of the recording apparatus, and holds each recording operation mechanism described later.
[0047]
The lower case M1001 forms a substantially lower half portion of the apparatus main body M1000, and the upper case M1002 forms a substantially upper half portion of the apparatus upper body M1000, and each mechanism described later is housed in a combination of both cases. A hollow body structure having a storage space is formed, and an opening is formed in each of an upper surface portion and a front surface portion thereof.
[0048]
Further, one end of the discharge tray M1004 is rotatably held by the lower case M1001, and an opening formed on the front surface of the lower case M1001 can be opened and closed by the rotation. For this reason, when executing the recording operation, the discharge tray M1004 is rotated to the front side to open the opening so that the recording sheets can be discharged and the discharged recording sheets P are sequentially stacked. It has come to be able to do. In addition, the discharge tray M1004 contains two auxiliary trays M1004a and M1004b. By pulling out each tray as needed, the sheet support area can be expanded or reduced in three stages. It has become.
[0049]
One end of the access cover M1003 is rotatably held by the upper case M1002, and can open and close an opening formed on the upper surface. By opening the access cover M1003, the access cover M1003 is housed inside the main body. It is possible to replace the print head cartridge H1000 or the ink tank H1900. Although not specifically shown here, when the access cover M1003 is opened and closed, the protrusion formed on the back surface rotates the cover opening and closing lever, and the rotation position of the lever is detected by a micro switch or the like. Thus, the open / closed state of the access cover can be detected.
[0050]
On the upper surface of the rear part of the upper case M1002, a power key E0018 and a resume key E0019 are provided so that they can be pressed, and an LED E0020 is provided. When the power key E0018 is pressed, the LED E0020 is lit and recording is possible. This is to inform the operator. Further, the LED E0020 has various display functions such as flashing and changing the color, and leveling the buzzer E0021 (FIG. 7) to notify the operator of a printer trouble or the like. When the trouble is solved, the recording is resumed by pressing the resume key E0019.
[0051]
[Recording mechanism]
Next, the recording operation mechanism in the present embodiment that is housed and held in the printer main body M1000 will be described.
[0052]
As a recording operation mechanism in the present embodiment, an automatic feeding unit M3022 that automatically feeds the recording sheet P into the apparatus main body, and a desired recording sheet P that is sent one by one from the automatic feeding unit. A conveyance unit M3029 for guiding the recording sheet P from the recording position to the discharge unit M3030, a recording unit for performing desired recording on the recording sheet P conveyed to the conveyance unit M3029, and a recovery process for the recording unit It is comprised from the recovery part M5000 which performs.
[0053]
(Recording part)
Here, the recording unit will be described.
The carriage M4001 is movably supported by a carriage shaft M4021, and the recording head cartridge H1000 is detachably mounted on the carriage M4001.
[0054]
Recording head cartridge
First, the recording head cartridge will be described with reference to FIGS.
[0055]
As shown in FIG. 3, the recording head cartridge H1000 in this embodiment has an ink tank H1900 that stores ink, and a recording head H1001 that discharges ink supplied from the ink tank H1900 from nozzles according to recording information. The recording head H1001 adopts a so-called cartridge system that is detachably mounted on a carriage M4001 described later.
[0056]
In the recording head cartridge H1000 shown here, in order to enable high-quality color recording with a photographic tone, as ink tanks, for example, black, light cyan, light magenta, cyan, magenta, and yellow, independent ink tanks are prepared. As shown in FIG. 4, each is detachable from the recording head H1001.
[0057]
As shown in the exploded perspective view of FIG. 5, the recording head H1001 includes a recording element substrate H1100, a first plate H1200, an electric wiring substrate H1300, a second plate H1400, a tank holder H1500, a flow path forming member H1600, The filter H1700 and the seal rubber H1800 are included.
[0058]
In the recording element substrate H1100, a plurality of recording elements for ejecting ink to one side of the Si substrate and electric wiring such as Al for supplying electric power to each recording element are formed by a film forming technique. A plurality of corresponding ink channels and a plurality of ejection ports H1100T are formed by photolithography, and ink supply ports for supplying ink to the plurality of ink channels are formed to open on the back surface. . The recording element substrate H1100 is bonded and fixed to the first plate H1200, and an ink supply port H1201 for supplying ink to the recording element substrate H1100 is formed here. Further, a second plate H1400 having an opening is bonded and fixed to the first plate H1200, and the electric wiring board H1300 and the recording element substrate H1100 are electrically connected to the second plate H1400. Thus, the electric wiring board H1300 is held. The electrical wiring substrate H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the recording element substrate H1100. The electrical wiring substrate H1300 is located at an end portion of the electrical wiring and corresponds to the electrical wiring from the main body. It has an external signal input terminal H1301 for receiving signals, and the external signal input terminal H1301 is positioned and fixed on the back side of a tank holder H1500 described later.
[0059]
On the other hand, a flow path forming member H1600 is ultrasonically welded to a tank holder H1500 that detachably holds the ink tank H1900, thereby forming an ink flow path H1501 extending from the ink tank H1900 to the first plate H1200. In addition, a filter H1700 is provided at an end of the ink flow path H1501 that engages with the ink tank H1900 on the ink tank side so that entry of dust from the outside can be prevented. Further, a seal rubber H1800 is attached to the engaging portion with the ink tank H1900 so that ink can be prevented from evaporating from the engaging portion.
[0060]
Further, as described above, the tank holder portion composed of the tank holder H1500, the flow path forming member H1600, the filter H1700, and the seal rubber H1800, the recording element substrate H1100, the first plate H1200, the electric wiring substrate H1300, and the second plate. The recording head H1001 is configured by bonding the recording element unit including the H1400 with an adhesive or the like.
[0061]
carriage
Next, the carriage M4001 will be described with reference to FIG.
[0062]
As shown in the figure, the carriage M4001 engages with the carriage M4001, engages with the carriage cover M4002 for guiding the recording head H1001 to the mounting position of the carriage M4001, and the tank holder H1500 of the recording head H1001, and the recording head H1001. Is provided with a head set lever M4007 for pressing to set at a predetermined mounting position.
[0063]
That is, the head set lever M4007 is provided at the upper part of the carriage M4001 so as to be rotatable with respect to the head set lever shaft, and a head set plate (not shown) is provided via a spring at the engaging portion with the recording head H1001. The recording head H1001 is pressed by the spring force and is mounted on the carriage M4001.
[0064]
Further, a contact flexible printed cable (hereinafter referred to as a contact FPC) E0011 is provided at another engagement portion of the carriage M4001 with the recording head H1001, and a contact portion on the contact FPC E0011 and a contact provided on the recording head H1001. The unit (external signal input terminal) H1301 is in electrical contact so that various information for recording can be exchanged and power can be supplied to the recording head H1001.
[0065]
Here, an elastic member such as rubber (not shown) is provided between the contact portion of the contact FPC E0011 and the carriage M4001, and the contact portion and the carriage M4001 are connected by the elastic force of the elastic member and the pressing force by the headset lever spring. It is designed to enable reliable contact. Further, the contact FPC E0011 is connected to a carriage substrate E0013 mounted on the back surface of the carriage M4001 (see FIG. 7).
[0066]
[Scanner]
The printer in this embodiment can also be used as a reading device by replacing the scanner with a recording head.
[0067]
The scanner moves together with the carriage on the printer side, and reads a document image fed in place of the recording medium in the sub-scanning direction, and alternately performs the reading operation and the document feeding operation. Thus, one piece of document image information is read.
[0068]
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the scanner M6000.
[0069]
As shown in the figure, the scanner holder M6001 has a box shape, and an optical system and a processing circuit necessary for reading are accommodated therein. Further, when the scanner M6000 is mounted on the carriage M4001, a scanner reading lens M6006 is provided at a portion facing the document surface, from which a document image is read. The scanner illumination lens M6005 has a light source (not shown) inside, and light emitted from the light source is irradiated onto the document.
[0070]
A scanner cover M6003 fixed to the bottom of the scanner holder M6001 is fitted so as to shield the inside of the scanner holder M6001, and a louver-shaped grip portion provided on the side surface improves the detachable operability to the carriage M4001. Yes. The outer shape of the scanner holder M6001 is substantially the same as that of the recording head H1001, and it can be attached to and detached from the carriage M4001 by the same operation as that of the recording head cartridge H1000.
[0071]
The scanner holder M6001 accommodates a substrate having a processing circuit, and a scanner contact PCB connected to the substrate is exposed to the outside. When the scanner M6000 is mounted on the carriage M4001, The scanner contact PCB M6004 contacts the contact FPC E0011 on the carriage M4001 side, and the substrate is electrically connected to the control system on the main body side via the carriage M4001.
[0072]
Next, an electrical circuit configuration in the embodiment of the present invention will be described.
[0073]
FIG. 7 is a diagram schematically showing the overall configuration of the electrical circuit in this embodiment.
[0074]
The electrical circuit in this embodiment is mainly configured by a carriage substrate (CRPCB) E0013, a main PCB (Printed Circuit Board) E0014, a power supply unit E0015, and the like.
[0075]
Here, the power supply unit is connected to the main PCB E0014 and supplies various drive power sources.
[0076]
The carriage substrate E0013 is a printed circuit board unit mounted on the carriage M4001 (FIG. 2). The carriage substrate E0013 functions as an interface for transmitting and receiving signals to and from the recording head through the contact FPC E0011, and an encoder according to the movement of the carriage M4001. Based on the pulse signal output from the sensor E0004, a change in the positional relationship between the encoder scale E0005 and the encoder sensor E0004 is detected, and the output signal is output to the main PCB E0014 through a flexible flat cable (CRFFC) E0012.
[0077]
Further, the main PCB is a printed circuit board unit that controls driving of each part of the ink jet recording apparatus according to this embodiment, and includes a paper edge detection sensor (PE sensor) E0007, an ASF sensor E0009, a cover sensor E0022, a parallel interface (parallel I / F). ) E0016, serial interface (serial I / F) E0017, resume key E0019, LED E0020, power key E0018, buzzer E0021, etc. on the board, and further CR motor E0001, LF motor E0002, PG motor In addition to controlling these drives connected to E0003, connection interfaces with ink out sensor E0006, GAP sensor E0008, PG sensor E0010, CRFFC E0012, and power supply unit E0015 are connected. Has a face.
[0078]
FIG. 8 is a block diagram showing the internal configuration of the main PCB.
[0079]
In the figure, E1001 is a CPU, and this CPU E1001 has an oscillator OSC E1002 inside, and is connected to an oscillation circuit E1005 to generate a system clock by its output signal E1019. In addition, it is connected to a ROM E1004 and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) E1006 through a control bus E1014, and controls an ASIC, an input signal E1017 from a power key, and an input signal E1016 from a resume key according to a program stored in the ROM. The state of the detection signal E1042, the head detection signal (HSENS) E1013 is detected, and the buzzer E0021 is further driven by the buzzer signal (BUZ) E1018, and the ink out detection signal (INKS) connected to the built-in A / D converter E1003. ) While detecting the state of E1011 and the thermistor temperature detection signal (TH) E1012, other various logical operations and condition determinations are performed to control the drive of the ink jet recording apparatus.
[0080]
Here, the head detection signal E1013 is a head mounting detection signal input from the recording head cartridge H1000 via the flexible flat cable E0012, the carriage substrate E0013, and the contact flexible print cable E0011, and the ink end detection signal is the ink end sensor E0006. The thermistor temperature detection signal E1012, which is an analog signal output from, is an analog signal from a thermistor (not shown) provided on the carriage substrate E0013.
[0081]
E1008 is a CR motor driver, which uses a motor power source (VM) E1040 as a drive source, generates a CR motor drive signal E1037 in accordance with a CR motor control signal E1036 from the ASIC E1006, and drives the CR motor E0001. E1009 is an LF / PG motor driver, which uses a motor power source E1040 as a drive source, generates an LF motor drive signal E1035 according to a pulse motor control signal (PM control signal) E1033 from the ASIC E1006, and drives the LF motor thereby At the same time, a PG motor drive signal E1034 is generated to drive the PG motor.
[0082]
E1010 is a power supply control circuit that controls power supply to each sensor having a light emitting element in accordance with a power supply control signal E1024 from the ASIC E1006. The parallel I / F E0016 transmits the parallel I / F signal E1030 from the ASIC E1006 to the parallel I / F cable E1031 connected to the outside, and transmits the signal of the parallel I / F cable E1031 to the ASIC E1006. The serial I / F E0017 transmits the serial I / F signal E1028 from the ASIC E1006 to the serial I / F cable E1029 connected to the outside, and transmits the signal from the cable E1029 to the ASIC E1006.
[0083]
On the other hand, a head power supply (VH) E1039, a motor power supply (VM) E1040, and a logic power supply (VDD) E1041 are supplied from the power supply unit E0015. Further, a head power ON signal (VHON) E1022 and a motor power ON signal (VMOM) E1023 from the ASIC E1006 are input to the power supply unit E0015 to control on / off of the head power E1039 and the motor power E1040, respectively. The logic power supply (VDD) E1041 supplied from the power supply unit E0015 is voltage-converted as necessary, and then supplied to each part inside and outside the main PCB E0014.
[0084]
The head power supply E1039 is smoothed on the main PCB E0014 and then sent to the flexible flat cable E0011 to be used for driving the recording head cartridge H1000.
[0085]
E1007 is a reset circuit that detects a decrease in the logic power supply voltage E1040, supplies a reset signal (RESET) E1015 to the CPU E1001 and the ASIC E1006, and performs initialization.
[0086]
The ASIC E1006 is a one-chip semiconductor integrated circuit, and is controlled by the CPU E1001 through the control bus E1014. The above-described CR motor control signal E1036, PM control signal E1033, power supply control signal E1024, head power supply ON signal E1022, and motor power supply ON. In addition to outputting the signal E1023 and the like and exchanging signals with the parallel I / F E0016 and serial I / F E0017, the PE detection signal (PES) E1025 from the PE sensor E0007 and the ASF detection signal (ASFS from the ASF sensor E0009) ) E1026, the GAP detection signal (GAPS) E1027 from the GAP sensor E0008, and the PG detection signal (PGS) E1032 from the PG sensor E0007 are detected, and the data representing the state is transmitted to the control bus E1014. Through transmitted to CPU E1001 by, CPU E1001 based on the input data performs blinking LED E0020 controls the driving of an LED drive signal E1038. Further, the state of the encoder signal (ENC) E1020 is detected to generate a timing signal, and the head control signal E1021 is used to interface with the recording head cartridge H1000 to control the recording operation. Here, the encoder signal (ENC) E1020 is an output signal of the CR encoder sensor E0004 inputted through the flexible flat cable E0012. The head control signal E1021 is supplied to the recording head H1000 via the flexible flat cable E0012, the carriage substrate E0013, and the contact FPC E0011.
[0087]
FIG. 9 is a block diagram showing the internal configuration of the ASIC E1006. In the figure, the connection between each block shows only the flow of data related to the control of the head and each mechanism component, such as recording data and motor control data. Such control signals, clocks, and control signals related to DMA control are omitted in order to avoid complications described in the drawings.
[0088]
In FIG. 9, E2002 is a PLL, and a clock (illustrated) supplied to most of the ASIC E1006 by a clock signal (CLK) E2031 and a PLL control signal (PLLON) E2033 output from the CPU E1001 as shown in FIG. Not).
[0089]
Further, E2001 is a CPU interface (CPU I / F), which is controlled by a reset signal E1015, a soft reset signal (PDWN) E2032, a clock signal (CLK) E2031, and a control signal from the control bus E1014. Performs control such as register read / write for each block as described, supplies clocks to some blocks, accepts interrupt signals (not shown), and outputs an interrupt signal (INT) E2034 to the CPU E1001 Then, the occurrence of an interrupt in the ASIC E1006 is notified.
[0090]
E2005 is a DRAM having areas such as a reception buffer E2010, a work buffer E2011, a print buffer E2014, and a development data buffer E2016 as recording data buffers, and a motor control buffer E2023 for motor control. Further, as buffers used in the scanner operation mode, areas such as a scanner take-in buffer E2024, a scanner data buffer E2026, and a send buffer E2028 are provided in place of the recording data buffers described above.
[0091]
The DRAM E2005 is also used as a work area necessary for the operation of the CPU E1001. That is, E2004 is a DRAM control unit, which switches between access from the CPU E1001 to the DRAM E2005 via the control bus and access from the DMA control unit E2003 to the DRAM E2005, which will be described later, and performs a read / write operation to the DRAM E2005.
[0092]
The DMA control unit E2003 receives a request (not shown) from each block, and in the case of a write operation in the case of a write operation (E2038, E2041, E2044, E2053, E2055) and E2057 in the case of a write operation. ) Etc. are output to the RAM control unit to perform DRAM access. In the case of reading, read data (E2040, E2043, E2045, E2051, E2054, E2056, E2058, and E2059) from the DRAM control unit E2004 is transferred to the request source block.
[0093]
Further, E2006 is 1284 I / F. Under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001, the parallel I / F E0016 provides a bidirectional communication interface with an external host device (not shown). Data received from E0016 (PIF reception data E2036) is transferred to the reception control unit E2008 by DMA processing, and data stored in the transmission buffer E2028 in the DRAM E2005 (1284 transmission data (RDPIF) E2059) is subjected to DMA processing at the time of scanner reading. To the parallel I / F.
[0094]
E2007 is a USB I / F, which performs a bidirectional communication interface with an external host device (not shown) through the serial I / F E0017 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001, and from the serial I / F E0017 during printing. The received data (USB received data E2037) is transferred to the reception control unit E2008 by DMA processing, and the data (USB transmitted data (RDUSB) E2058) stored in the transmission buffer E2028 in the DRAM E2005 is serialized by DMA processing when the scanner reads. / F Send to E0017. The reception control unit E2008 writes the reception data (WDIF) E2038) from the I / F selected from the 1284 I / F E2006 or USB I / F E2007 to the reception buffer write address managed by the reception buffer control unit E2039.
[0095]
E2009 is a compression / decompression DMA, and the reception data (raster data) stored in the reception buffer E2010 is read from the reception buffer read address managed by the reception buffer control unit E2039 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. The data (RDWK) E2040 is compressed / expanded in accordance with the designated mode, and written as a recording code string (WDWK) E2041 in the work buffer area.
[0096]
E2013 is a recording buffer transfer DMA, which reads out the recording code (RDWP) E2043 on the work buffer E2011 under the control of the CPU E1007 via the CPU I / F E2001, and each recording code is suitable for the data transfer order to the recording head cartridge H1000. The data are rearranged to the addresses on the print buffer E2014 and transferred (WDWP E2044). E2012 is a work clear DMA, and the designated work fill data (WDWF) E2042 is assigned to the area on the work buffer that has been transferred by the recording buffer transfer DMA E2015 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. Write repeatedly.
[0097]
E2015 is a recording data expansion DMA, and recording codes written rearranged on the print buffer are triggered by the data expansion timing signal E2050 from the head controller E2018 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. And the development data written on the development data buffer E2016 are read out to generate development recording data (RDHDG) E2045, which is written into the column buffer E2017 as column buffer write data (WDHDG) E2047. Here, the column buffer E2017 is an SRAM that temporarily stores transfer data (development recording data) to the recording head cartridge H1000, and a shake hand signal (not shown) between the recording data expansion DMA and the head control unit. Are shared and managed by both blocks.
[0098]
Reference numeral E2018 denotes a head controller, which controls the CPU E1001 via the CPU I / F E2001 to interface with the recording head cartridge H1000 or the scanner via a head control signal, and also outputs a head drive timing signal from the encoder signal processor E2019. Based on E2049, a data expansion timing signal E2050 is output to the recording data expansion DMA.
[0099]
Further, at the time of printing, the developed recording data (RDHD) E2048 is read from the column buffer according to the head driving timing signal E2049, and the data is output to the recording head cartridge H1000 through the head control signal E1021.
[0100]
In the scanner reading mode, the take-in data (WDHD) E2053 input through the head control signal E1021 is DMA-transferred to the scanner take-in buffer E2024 on the DRAM E2005. E2025 is a scanner data processing DMA, which is a process in which the acquisition buffer read data (RDAV) E2054 stored in the scanner acquisition buffer E2024 is read out and subjected to processing such as averaging under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. The completed data (WDAV) E2055 is written into the scanner data buffer E2026 on the DRAM E2005.
[0101]
E2027 is a scanner data compression DMA. Under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001, the processed data (RDYC) E2056 on the scanner data buffer E2026 is read and compressed, and compressed data (WDYC) E2057 is read. Write and transfer to the send buffer E2028.
[0102]
E2019 is an encoder signal processing unit that receives the encoder signal (ENC) and outputs a head drive timing signal E2049 according to a mode determined by the control of the CPU E1001, and in addition to the position and speed of the carriage M4001 obtained from the encoder signal E1020. The relevant information is stored in a register and provided to the CPU E1001. Based on this information, the CPU E1001 determines various parameters in the control of the CR motor E0001. Reference numeral E2020 denotes a CR motor control unit which outputs a CR motor control signal E1036 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001.
[0103]
E2022 is a sensor signal processing unit which receives each detection signal output from the PG sensor E0010, PE sensor E0007, ASF sensor E0009, GAP sensor E0008, etc., and stores the sensor information according to the mode defined by the control of the CPU E1001. In addition to transmitting to E1001, a sensor detection signal E2052 is output to the LF / PG motor control unit DMA E2021.
[0104]
The LF / PG motor control DMAE 2021 reads the pulse motor drive table (RDPM) E2051 from the motor control buffer E2023 on the DRAM E2005 and outputs the pulse motor control signal E under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. Depending on the operation mode, a pulse motor control signal E1033 is output using the sensor detection signal as a control trigger.
[0105]
E2030 is an LED control unit that outputs an LED drive signal E1038 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001. Further, E2029 is a port control unit that outputs a head power ON signal E1022, a motor power ON signal E1023, and a power control signal E1024 under the control of the CPU E1001 via the CPU I / F E2001.
[0106]
Next, the operation of the ink jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0107]
When the apparatus is connected to the AC power source, first, in step S1, a first initialization process of the apparatus is performed. In this initialization process, an electrical circuit system check such as a ROM and RAM check of the apparatus is performed to confirm whether or not the apparatus can operate normally.
[0108]
Next, in step S2, it is determined whether the power key E0018 provided on the upper case M1002 of the apparatus body M1000 is turned on. If the power key E0018 is pressed, the process proceeds to the next step S3. Here, a second initialization process is performed.
[0109]
In this second initialization process, various drive mechanisms and head systems of this apparatus are checked. That is, when initializing various motors and reading head information, it is confirmed whether this apparatus can operate normally.
[0110]
In step S4, an event is waited for. That is, a command event from an external I / F, a panel key event by a user operation, an internal control event, and the like are monitored for this apparatus, and when these events occur, processing corresponding to the event is executed.
[0111]
For example, if a print command event from the external I / F is received in step S4, the process proceeds to step S5. If a power key event is generated by a user operation in the same step, the process proceeds to step S10. If another event occurs in the step, the process proceeds to step S11.
[0112]
In step S5, the print command from the external I / F is analyzed to determine the specified paper type, paper size, print quality, paper feed method, and the like, and data representing the determination result is stored in the RAM in the apparatus. E2005 is stored, and the process proceeds to step S6.
[0113]
Next, in step S6, paper feeding is started by the paper feeding method specified in step S5, the paper is sent to the recording start position, and the process proceeds to step S7.
[0114]
In step S7, a recording operation is performed. In this recording operation, the recording data sent from the external I / F is temporarily stored in the recording buffer, and then the CR motor E0001 is driven to start the movement of the carriage M4001 in the scanning direction and is stored in the print buffer E2014. The supplied recording data is supplied to the recording head H1001 to record one line. When the recording operation for one line of recording data is completed, the LF motor E0002 is driven and the LF roller M3001 is rotated to feed the paper. Send in the sub-scanning direction. Thereafter, the above operation is repeatedly executed, and when the recording of one page of recording data from the external I / F is completed, the process proceeds to step 8.
[0115]
In step S8, the LF motor E0002 is driven, the paper discharge roller M2003 is driven, and the paper feeding is repeated until it is determined that the paper is completely sent out from the apparatus. When the paper is finished, the paper is placed on the paper discharge tray M1004a. The paper is completely discharged.
[0116]
Next, in step S9, it is determined whether or not the recording operation for all the pages to be recorded has been completed. If pages to be recorded remain, the process returns to step S5. The above operations are repeated, and when the recording operation for all the pages to be recorded is completed, the recording operation ends, and then the process proceeds to step S4 to wait for the next event.
[0117]
On the other hand, in step S10, printer termination processing is performed to stop the operation of the apparatus. That is, in order to turn off the power of various motors and heads, the power supply is turned off, and then the power is turned off and the process proceeds to step S4 to wait for the next event.
[0118]
In step S11, event processing other than the above is performed. For example, processing corresponding to a recovery command from various panel keys of this apparatus or an external I / F, or a recovery event that occurs internally is performed. After the process is completed, the process proceeds to step S4 and waits for the next event.
[0119]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0120]
Example 1
A part of the recording head H1001 in Example 1 is shown in a broken state in FIG. 11, and the planar shape of the main part of the substrate unit is shown in FIG. 12, and its XIII-XIII arrow sectional structure, XIV-XIV arrow sectional structure Are shown in FIGS. 13 and 14, respectively. That is, 11 is a substrate as a recording element substrate H1100 on which the
[0121]
The
[0122]
In this embodiment, two rows of
[0123]
Each
[0124]
In this embodiment, an Si wafer is used as the
[0125]
As described above, the film thickness of the
[0126]
However, when the wiring resistance is compared with the resistance value of the
[0127]
The minimum value of the film thickness of the
[0128]
However, the number of times that the
[0129]
When the electromigration of the
[0130]
After the formation of the
[0131]
Next, Ta was formed as the second
[0132]
Next, in order to remove an unnecessary portion of Ta, which is the second
[0133]
In this dry etching, the etching gas injection direction is set to be perpendicular to the surface of the
[0134]
By performing such anisotropic dry etching, even if the first
[0135]
On the other hand, FIG. 15 shows the state of the substrate surface when the unnecessary portion of the second
[0136]
Further, when the overetching state is performed by the dry etching described above, the vicinity of the boundary between the first protective layer portion covered by the second protective layer and the first protective layer portion not covered by the second protective layer The portions of the first protective layer and the second protective layer can be tapered. The taper shape will be described later in Example 2.
[0137]
A recording head H1001 incorporating the substrate unit made in this way was created, and the number of repeated ink discharge durability was evaluated. 3 × 1081 × 10 is the target number of service life.9Even when repeated, no problems such as disconnection of the
[0138]
(Example 2)
FIG. 17 shows the planar shape of the main part of the liquid ejection head in Example 2, and FIG. 18 shows the cross-sectional structure taken along the line XVIII-XVIII. Here, 25 is a discharge port forming member for forming a discharge port, and 26 is an adhesion layer for improving the adhesion between the substrate and the discharge port forming member. The substrate bonded to the discharge port forming member corresponds to the recording element substrate H1100. Other configurations and effects are substantially the same as those in the first embodiment.
[0139]
The liquid discharge head shown in FIGS. 17 and 18 is manufactured by forming the
[0140]
First, a polyetheramide resin having a thickness of 2.0 μm was formed as the
[0141]
Next, patterning is performed on the HIMAL using a positive resist OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., and further using the OFPR pattern as a mask.2The HIMAL layer was patterned by plasma ashing, and finally the OFPR pattern used as a mask was peeled off to form the
[0142]
Next, a positive resist ODUR, which is a soluble photosensitive material, was applied on the substrate unit, and an ink flow path pattern (not shown) was patterned (
[0143]
Further, a coating resin layer was formed on the
[0144]
Next, the SiN film on the
[0145]
Furthermore, heating was performed at 180 ° C. for 1 hour in order to completely cure the epoxy resin that is the discharge
The discharge
[0146]
In this embodiment, as described below, by further improving the adhesion, peeling of the discharge
[0147]
As described in the first embodiment, when the substrate unit is manufactured, the thickness of the portion of the first
[0148]
Here, when the
[0149]
(Other examples)
In the first and second embodiments, the side shooter type recording head H1001 in which the
[0150]
The appearance of another embodiment of the liquid discharge head according to the present invention is shown in FIG. 19, but the members having the same functions as those of the previous embodiment are designated by the same reference numerals, and redundant description is omitted. And That is, the
[0151]
Also in the present embodiment, the
[0152]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first protective layer that is formed over almost the entire surface of the substrate and covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element, and the electrothermal conversion element formed on the surface of the first protective layer and the A second protective layer that covers the vicinity of the connection portion between the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings is provided, the thickness of the pair of electrode wirings is within a range of 1800 to 2400 mm, and the first protection layer is covered with the second protective layer Layer thickness within the range of 2600-3400mmAnd thenOf the first protective layer not covered by the second protective layerUniform film thicknessSince the thickness of the portion is made thinner than the thickness of the portion of the first protective layer covered with the second protective layer, the first protective layer can be uniformly thin without adding a film forming step or using a mask. Can be. In addition, the coverage of the first protective layer in the stepped portion formed by the electrode wiring and rising from the surface of the substrate can be kept good.
[0153]
As a result, the liquid can be rapidly heated and the foaming stability can be improved. As a result, it is possible to save power and suppress the temperature rise of the liquid discharge head. It is possible to improve the driving frequency and realize a high-quality printing operation. In addition, a highly reliable liquid discharge head having excellent discharge durability of the electrothermal conversion element can be obtained with the same man-hours as before.
[0154]
In particular, when the thickness of the pair of electrode wirings is in the range of 2000 to 2200 mm, the thickness of the first protective layer can be made even thinner and protected by partial concentration of thermal stress accompanying repeated heat generation. A crack is generated in the layer, and a disconnection accident in which the liquid enters from the cracked part and breaks the heating resistance layer can be prevented, and the durability can be improved.
[0155]
An electrothermal conversion element and a second protective layer that covers the vicinity of the connection portion between the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings are formed on the surface of the first protective layer by dry etching, so that the second protective layer covers the electrothermal conversion element. When the thickness of the portion of the first protective layer that is not covered is made thinner than the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer, and the thickness of the pair of electrode wirings is in the range of 1800 to 2400 mm Can prevent the electrothermal conversion element and the electrode wiring from being damaged.
[0156]
Further, by forming the portions of the first protective layer and the second protective layer that are covered with the discharge port forming member into a tapered shape, the adhesion between the first protective layer and the discharge port forming member in the vicinity of the second protective layer is improved. The discharge port forming member is less likely to peel off.
[0157]
For this reason, the first protective layer exposed by removing the second protective layer with respect to the electrothermal conversion element, the pair of electrode wirings, the driving element provided on the substrate, and the like is exposed to moisture or in a high humidity environment. , Can exert a sufficient function.
[0158]
When at least two rows of ejection ports are formed in parallel to each other and are arranged at intervals of 600 dpi, and these arrangement intervals for each row are shifted from each other by a half pitch, a high-performance liquid ejection head of 1200 dpi is obtained. Can do.
[0159]
When the discharge amount of the liquid discharged from the discharge port discharged by the drive pulse applied independently to the electrothermal conversion element is 4 picoliters, the image quality obtained by improving the resolution of the image is greatly improved. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of an ink jet printer according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a state in which an exterior member of what is shown in FIG. 1 is removed. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the recording head cartridge used in the embodiment of the invention is assembled.
4 is an exploded perspective view showing the recording head cartridge shown in FIG. 3. FIG.
5 is an exploded perspective view of the recording head shown in FIG. 4 as viewed obliquely from below.
FIG. 6 is a perspective view showing a scanner cartridge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing an overall configuration of an electrical circuit in an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram showing an internal configuration of the main PCB shown in FIG. 7;
9 is a block diagram showing an internal configuration of the ASIC shown in FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cutaway perspective view showing a schematic structure of an embodiment of a liquid discharge head according to the present invention.
12 is a plan view of the main part of the substrate in the embodiment shown in FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view taken along arrow XIII-XIII in FIG.
14 is a cross-sectional view taken along arrow XIV-XIV in FIG.
FIG. 15 is a plan view of the main part of the substrate when the second protective layer is formed by wet etching.
16 is a cross-sectional view taken along arrow XVI-XVI in FIG.
FIG. 17 is a plan view of the main part of another embodiment of the liquid ejection head according to the present invention.
18 is a cross-sectional view taken along arrow XVIII-XVIII in FIG.
FIG. 19 is a perspective view showing a part of the appearance of another embodiment of the liquid discharge head according to the present invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a substrate of a conventional inkjet head.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a substrate of a conventional inkjet head.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a substrate of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
11 Substrate (Recording Element Substrate H1100)
12 Oxide layer
13 Heating resistor layer
14a, 14b Electrode wiring
15 steps
16th2Protective layer
17th1Protective layer
18 Electrothermal conversion element
19 Discharge port (H1100T)
20 Ink chamber
21 Ink supply port (H1201)
22 recess
23 steps
24 Defects
25 Discharge port forming member
26 Adhesive layer
27 Board unit
28 side walls
M1000 main unit
M1001 Lower case
M1002 Upper case
M1003 Access cover
M1004 discharge tray
M2015 Paper gap adjustment lever
M2003 Paper discharge roller
M3001 LF roller
M3019 chassis
M3022 Automatic feeding section
M3029 transport section
M3030 discharge section
M4001 Carriage
M4002 Carriage cover
M4007 Headset lever
M4021 Carriage shaft
M5000 recovery unit
M6000 scanner
M6001 Scanner holder
M6003 Scanner cover
M6004 Scanner contact PCB
M6005 Scanner illumination lens
M6006
M6100 storage box
M6101 storage box base
M6102 Storage box cover
M6103 Storage box cap
M6104 Storage box spring
E0001 Carriage motor
E0002 LF motor
E0003 PG motor
E0004 Encoder sensor
E0005 Encoder Scale
E0006 Ink end sensor
E0007 PE sensor
E0008 GAP sensor (Paper gap sensor)
E0009 ASF sensor
E0010 PG sensor
E0011 Contact FPC (Flexible Print Cable)
E0012 CRFFC (flexible flat cable)
E0013 Carriage board
E0014 main board
E0015 Power supply unit
E0016 Parallel I / F
E0017 Serial I / F
E0018 Power key
E0019 Resume key
E0020 LED
E0021 Buzzer
E0022 Cover sensor
E1001 CPU
E1002 OSC (CPU built-in oscillator)
E1003 A / D (A / D converter with built-in CPU)
E1004 ROM
E1005 Oscillator circuit
E1006 ASIC
E1007 Reset circuit
E1008 CR motor driver
E1009 LF / PG motor driver
E1010 Power supply control circuit
E1011 INKS (ink end detection signal)
E1012 TH (Thermistor temperature detection signal)
E1013 HSENS (Head detection signal)
E1014 Control bus
E1015 RESET (Reset signal)
E1016 RESUME (resume key input)
E1017 POWER (Power key input)
E1018 BUZ (Buzzer signal)
E1019 Oscillator circuit output signal
E1020 ENC (encoder signal)
E1021 Head control signal
E1022 VHON (Head power ON signal)
E1023 VMON (motor power ON signal)
E1024 Power control signal
E1025 PES (PE detection signal)
E1026 ASFS (ASF detection signal)
E1027 GAPS (GAP detection signal)
E0028 Serial I / F signal
E1029 Serial I / F cable
E1030 Parallel I / F signal
E1031 Parallel I / F cable
E1032 PGS (PG detection signal)
E1033 PM control signal (pulse motor control signal)
E1034 PG motor drive signal
E1035 LF motor drive signal
E1036 CR motor control signal
E1037 CR motor drive signal
E0038 LED drive signal
E1039 VH (head power supply)
E1040 VM (motor power supply)
E1041 VDD (logic power supply)
E1042 COVS (Cover detection signal)
E2001 CPU I / F
E2002 PLL
E2003 DMA controller
E2004 DRAM controller
E2005 DRAM
E2006 1284 I / F
E2007 USB I / F
E2008 Reception control unit
E2009 Compression and decompression DMA
E2010 Receive buffer
E2011 Work buffer
E2012 Work area DMA
E2013 Recording buffer transfer DMA
E2014 Print buffer
E2015 Recording data expansion DMA
E2016 Data buffer for decompression
E2017 Column buffer
E2018 Head control unit
E2019 Encoder signal processor
E2020 CR motor controller
E2021 LF / PG motor controller
E2022 Sensor signal processor
E2023 Motor control buffer
E2024 Scanner capture buffer
E2025 Scanner data processing DMA
E2026 Scanner data buffer
E2027 Scanner data compression DMA
E2028 Sending buffer
E2029 Port control unit
E2030 LED controller
E2031 CLK (clock signal)
E2032 PDWM (software control signal)
E2033 PLLON (PLL control signal)
E2034 INT (interrupt signal)
E2036 PIF received data
E2037 USB reception data
E2038 WDIF (received data / raster data)
E2039 Reception buffer control unit
E2040 RDWK (Reception buffer read data / raster data)
E2041 WDWK (work buffer write data / record code)
E2042 WDWF (Workfill data)
E2043 RDWP (work buffer read data / record code)
E2044 WDWP (Sort recording code)
E2045 RDHDG (data for recording development)
E2047 WDHDG (column buffer write data / development record data)
E2048 RDHD (column buffer read data / development record data)
E2049 Head drive timing signal
E2050 Data development timing signal
E2051 RDPM (pulse motor drive table read data)
E2052 Sensor detection signal
E2053 WDHD (captured data)
E2054 RDAV (acquisition buffer read data)
E2055 WDAV (data buffer write data / processed data)
E2056 RDYC (data buffer read data / processed data)
E2057 WDYC (send buffer write data / compressed data)
E2058 RDUSB (USB transmission data / compressed data)
E2059 RDPIF (1284 transmission data)
H1000 recording head cartridge
H1001 Recording head
H1100 recording element substrate
H1100T Discharge port
H1200 first plate
H1201 Ink supply port
H1300 Electric wiring board
H1301 External signal input terminal
H1400 second plate
H1500 tank holder
H1501 ink flow path
H1600 flow path forming member
H1700 filter
H1800 seal rubber
H1900 ink tank
Claims (23)
基板の表面部に形成されて熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子と、
該電気熱変換素子に導通するように前記基板の表面部に形成される一対の電極配線と、
前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、
該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、
前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、
前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、
前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板ユニット。A substrate unit used in a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port,
An electrothermal conversion element for generating thermal energy formed on the surface of the substrate;
A pair of electrode wirings formed on the surface portion of the substrate so as to be electrically connected to the electrothermal conversion element;
A first protective layer formed over substantially the entire surface of the substrate and covering the pair of electrode wirings and the electrothermal transducer;
A second protective layer formed on a surface of the first protective layer and covering a vicinity of a connection portion between the electrothermal conversion element and the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings;
The thickness of the pair of electrode wires is in the range of 1800 to 2400 mm,
The thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer is in the range of 2600-3400 mm,
The first protective layer has a portion having a uniform thickness that is not covered by the second protective layer ,
The substrate unit for a liquid discharge head, wherein the thickness of the portion having the uniform thickness of the first protective layer is smaller than the thickness of the portion of the first protective layer covered with the second protective layer.
基板の表面に、熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子を形成するステップと、
該電気熱変換素子に導通するように一対の電極配線を前記基板の表面部に形成するステップと、
前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う2600〜3400Åの厚みの第1保護層を前記基板の表面部のほぼ全域に形成するステップと、
前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層を前記第1保護層の表面にドライエッチングにて形成することにより、該第2保護層によって覆われていない前記第1保護層の部分の厚みを当該第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄くするステップとを具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板ユニットの製造方法。A method of manufacturing a substrate unit used in a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port,
Forming an electrothermal conversion element for generating thermal energy on the surface of the substrate;
Forming a pair of electrode wirings on the surface of the substrate so as to conduct to the electrothermal conversion element;
Forming a first protective layer having a thickness of 2600 to 3400 mm covering the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element over substantially the entire surface portion of the substrate;
The second protection layer is formed on the surface of the first protection layer by dry etching so as to cover the electrothermal conversion element and the vicinity of the connection portion between the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings. Making the thickness of the portion of the first protective layer not covered by the layer thinner than the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer,
A method of manufacturing a substrate unit for a liquid discharge head, wherein the thickness of the pair of electrode wirings is in a range of 1800 to 2400 mm.
基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、
前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、
前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、
該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、
前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、
前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、
前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port.
An electrothermal conversion element that generates thermal energy for forming film boiling in the liquid formed on the substrate;
A pair of electrode wirings formed on the substrate and conducting to the electrothermal transducer;
A first protective layer formed over substantially the entire surface of the substrate and covering the pair of electrode wirings and the electrothermal transducer;
A second protective layer formed on a surface of the first protective layer and covering a vicinity of a connection portion between the electrothermal conversion element and the electrothermal conversion element and the pair of electrode wirings;
The thickness of the pair of electrode wires is in the range of 1800 to 2400 mm,
The thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer is in the range of 2600-3400 mm,
The first protective layer has a portion having a uniform thickness that is not covered by the second protective layer ,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the thickness of the portion having the uniform thickness of the first protective layer is thinner than the thickness of the portion of the first protective layer covered with the second protective layer.
該吐出口形成部材は、前記第2保護層の一部および前記第2保護層によって覆われていない前記第1保護層の部分に密着層を介して接合されたものであることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の液体吐出ヘッド。A discharge port forming member for forming the discharge port;
The discharge port forming member is bonded to a part of the second protective layer and a part of the first protective layer not covered with the second protective layer via an adhesion layer. The liquid discharge head according to claim 11 or 12 .
基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う厚みの第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および該電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを有する液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜するための液体タンクとを具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、
前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みが2600〜3400Åの範囲にあり、
前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、
前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とするカートリッジ。 A cartridge having a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port,
An electrothermal conversion element that is formed on the substrate and generates thermal energy for causing film boiling in the liquid; a pair of electrode wirings that are formed on the substrate and that conduct to the electrothermal conversion element; and a surface portion of the substrate A first protective layer having a thickness that covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element, and the electrothermal conversion element and the electrothermal conversion element formed on the surface of the first protective layer. And a liquid discharge head having a second protective layer covering the vicinity of the connection portion between the pair of electrode wirings,
A liquid tank for storing liquid supplied to the liquid discharge head,
The thickness of the pair of electrode wires is in the range of 1800 to 2400 mm,
The thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer is in the range of 2600-3400 mm,
The first protective layer has a portion having a uniform thickness that is not covered by the second protective layer ,
The cartridge having a uniform thickness of the first protective layer is thinner than a thickness of the portion of the first protective layer covered with the second protective layer.
基板に形成されて液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子と、前記基板に形成されて前記電気熱変換素子に導通する一対の電極配線と、基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記一対の電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、該第1保護層の表面に形成されて前記電気熱変換素子および前記電気熱変換素子と前記一対の電極配線との接続部近傍を覆う第2保護層とを有する前記液体吐出ヘッドの取り付け部を具え、
前記一対の電極配線の厚みが1800〜2400Åの範囲にあり、
前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みは2600〜3400Åの範囲にあり、
前記第1保護層は、前記第2保護層によって覆われていない膜厚が均一な部分を有し、
前記第1保護層の膜厚が均一な部分の厚みは、前記第2保護層によって覆われた前記第1保護層の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus using a liquid discharge head that applies thermal energy to a liquid to cause film boiling, thereby discharging liquid droplets from a discharge port.
An electrothermal conversion element that generates thermal energy for causing film boiling in the liquid formed on the substrate, a pair of electrode wirings formed on the substrate and conducting to the electrothermal conversion element, and a surface portion of the substrate A first protective layer that is formed over substantially the entire area and covers the pair of electrode wirings and the electrothermal conversion element; and the electrothermal conversion element, the electrothermal conversion element, and the pair that are formed on the surface of the first protective layer. e sushi mounting portion of the liquid ejection head having a an electrode wire second protective layer which covers the connecting portion vicinity of,
When the thickness of the pair of electrode wires is Ri range near the 1800~2400A,
The thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer is in the range of 2600-3400 mm,
The first protective layer has a portion having a uniform thickness that is not covered by the second protective layer ,
2. An image forming apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the first protective layer having a uniform thickness is smaller than the thickness of the portion of the first protective layer covered by the second protective layer.
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